DE10110903A1 - Electrical machine e.g. starter/generator unit for motor vehicle, has second stator located rigidly in housing that interacts with rotor by induction - Google Patents
Electrical machine e.g. starter/generator unit for motor vehicle, has second stator located rigidly in housing that interacts with rotor by inductionInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere eine in Form einer Starter/Generator-Einheit für ein Kraftfahrzeug ausgestaltete elektrische Maschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to an electrical machine, in particular one in shape a starter / generator unit for an electric machine designed for a motor vehicle, according to the preamble of claim 1.
Starter/Generator-Systeme sind weitläufig bekannt und ermöglichen einerseits einen schnelleren und leiseren Start des damit gekoppelten Antriebsmotors und andererseits eine hohe Generatorleistung, um Energie für bestimmte Verbraucher des Kraftfahrzeugs bereitzustellen.Starter / generator systems are widely known and on the one hand enable one faster and quieter start of the coupled drive motor and on the other hand a high generator output to provide energy for certain consumers of the motor vehicle to provide.
Zur Ausgestaltung derartiger Starter/Generator-Systeme sind unterschiedliche Varianten bekannt.Different variants are available for designing such starter / generator systems known.
Eine erste Variante sieht die Verwendung eines parallel zu der Antriebswelle des Antriebsmotors angeordneten Klauenpolgenerators vor, wobei der Klauenpolgenerator über einen Riemen mit dem Antriebsmotor gekoppelt ist. Gemäß einer weiteren Variante wird als Starter/Generator-Einheit eine schwungnutzende Doppelkupplungsmaschine mit mechanischem Energiespeicher verwendet.A first variant sees the use of a parallel to the drive shaft of the Drive motor arranged claw pole generator in front, the claw pole generator is coupled to the drive motor via a belt. According to another variant is a starter / generator unit with a swing-using double clutch machine mechanical energy storage used.
Den beiden zuvor genannten Varianten ist gemeinsam, daß die Starter/Generator-Einheit getrennt von der Antriebswelle des Antriebsmotors vorgesehen ist. Bei einer dritten Variante, die einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 entspricht, ist hingegen die (auch als Kurbelwellenstartergenerator bezeichnete) Starter/Generator-Einheit auf der Antriebswelle vorgesehen.The two variants mentioned above have in common that the starter / generator unit is provided separately from the drive shaft of the drive motor. A third Variant that an electrical machine according to the preamble of claim 1 corresponds, however, is the (also called crankshaft starter generator) Starter / generator unit provided on the drive shaft.
Der grundsätzliche Aufbau einer derartigen Antriebsvorrichtung mit einer auf der Antriebswelle angeordneten Starter/Generator-Einheit kann beispielsweise den Druckschriften WO 98/05882, DE 196 16 504 A1, DE 196 32 074 A1 oder DE 43 36 162 A1 entnommen werden. Bei diesen bekannten Antriebsvorrichtungen wird als Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor verwendet, dessen Kurbelwelle mit einer als Starter/Generator-Einheit dienenden elektrischen Maschine verbunden ist. Die elektrische Maschine umfaßt einen Rotor und einen den Rotor umgebenden Stator, wobei die Wicklungen des Stators über einen Wechselrichter mit der Kraftfahrzeugbatterie verbunden sind. Der Rotor der elektrischen Maschine steht üblicherweise abtriebsseitig über eine Getriebekupplung mit der Getriebeeingangswelle eines Getriebes in Verbindung.The basic structure of such a drive device with one on the Drive shaft arranged starter / generator unit can, for example Publications WO 98/05882, DE 196 16 504 A1, DE 196 32 074 A1 or DE 43 36 162 A1 can be taken. In these known drive devices used as a drive unit, an internal combustion engine, the crankshaft with a serving as a starter / generator unit electrical machine. The electrical machine comprises a rotor and a stator surrounding the rotor, the windings of the stator via an inverter with the Motor vehicle battery are connected. The rotor of the electrical machine is stationary Usually on the output side via a gear coupling with the gear input shaft a gear in connection.
Die als Starter/Generator-Einheit dienende elektrische Maschine wird in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi betrieben. In einem Motorbetrieb übernimmt die elektrische Maschine bei Betätigen des Anlasserschlüssels die Funktion eines Anlassers oder Motors zum Starten des Verbrennungsmotors. Hierzu werden den Statorwicklungen entsprechende Erregerströme derart zugeführt, daß der Rotor mit einem Anlaufdrehmoment beaufschlagt wird, welches das Starten des Verbrennungsmotors ermöglicht. Nach dem Starten des Verbrennungsmotors arbeitet die elektrische Maschine im Generatorbetrieb, in dem der Rotor über die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in Rotation versetzt und somit in den Statorwicklungen eine Spannung induziert wird, welche beispielsweise zur Energieversorgung des Bordnetzes bzw. der daran angeschlossenen Verbraucher des Kraftfahrzeuges dient.The electrical machine serving as a starter / generator unit is divided into two operated in different operating modes. In an engine operation, the electrical machine when the starter key is operated the function of a starter or engine to start the internal combustion engine. To do this, the stator windings Appropriate excitation currents are supplied so that the rotor with a Starting torque is applied, which starts the internal combustion engine enables. After starting the internal combustion engine, the electrical one works Machine in generator mode, in which the rotor over the crankshaft of the Internal combustion engine set in rotation and thus one in the stator windings Voltage is induced, which is used, for example, to supply energy to the vehicle electrical system or the connected consumer of the motor vehicle.
Die zuvor beschriebene Starter/Generator-Einheit kann sowohl als Asynchronmaschine als auch als Synchronmaschine ausgestaltet sein. Die Asynchronmaschine ist zwar preislich sehr günstig, besitzt jedoch bauartbedingt den Nachteil, daß sie im unteren und oberen Drehzahlbereich zuwenig Leistung bereitstellt und einen schlechten Wirkungsgrad aufweist. Im mittleren Drehzahlbereich liefert die Asynchronmaschine hingegen hohe Leistungen und weist einen guten Wirkungsgrad auf.The starter / generator unit described above can be used as an asynchronous machine as well as a synchronous machine. The asynchronous machine is indeed very cheap in price, but has the disadvantage due to its design that it is in the lower and upper speed range provides too little power and a poor one Has efficiency. The asynchronous machine delivers in the medium speed range on the other hand, high performance and good efficiency.
Bei der Synchronmaschine sind diese Verhältnisse gleichmäßiger. Die Synchronmaschine ist jedoch teurer. Im unteren Drehzahlbereich liefert die Synchronmaschine hohe Leistungen und weist einen guten Wirkungsgrad auf.In the synchronous machine, these conditions are more even. The Synchronous machine is however more expensive. The delivers in the lower speed range Synchronous machine high performance and has a good efficiency.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine vorzuschlagen, die über den gesamten Drehzahlbereich hohe elektrische Leistungen zur Verfügung stellen kann.The present invention is therefore based on the object of an electrical machine propose high electrical power for the entire speed range Can provide.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. This object is achieved according to the present invention by an electrical machine solved with the features of claim 1. The subclaims define preferred ones and advantageous embodiments of the present invention.
Bei der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, welche insbesondere in Form einer Starter/Generator-Einheit mit einem Verbrennungsmotor koppelbar ist, ist ein gegenüber einem ersten Stator, der fest in einem Gehäuse der elektrischen Maschine angeordnet ist, drehbar gelagerter Rotor vorgesehen, wobei im Freiraum des Rotors ein zweiter Stator fest angeordnet ist.In the electrical machine according to the invention, which in particular in the form of a Starter / generator unit can be coupled to an internal combustion engine is one opposite a first stator, which is fixedly arranged in a housing of the electrical machine is provided rotatably mounted rotor, a second in the free space of the rotor Stator is fixed.
Der erste Stator bildet mit dem Rotor eine erste elektrische Maschine, insbesondere eine Asynchronmaschine, während der zweite Stator mit dem Rotor eine zweite elektrische Maschine, insbesondere eine Synchronmaschine, bildet. Zu diesem Zweck sind an dem Rotorträger des Rotors Permanentmagnete angebracht, die mit dem zweiten Stator durch Induktion in Wechselwirkung stehen. Die Synchronmaschine ist insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Antriebswelle bzw. Kurbelwelle vorteilhaft und kann beispielsweise zur 12 V-Bordnetzversorgung dienen. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da gesicherte Erkenntnisse belegen, daß in Kraftfahrzeugen ca. 50% der elektrischen Leistung bei Drehzahlen unter 1000 Umdrehungen/Minute benötigt werden. Wie zuvor beschrieben worden ist, ist in diesem Drehzahlbereich die Synchronmaschine besonders wirkungsvoll. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann somit im gesamten Drehzahlbereich ein hoher Wirkungsgrad erzielt und eine hohe elektrische Leistung erzeugt werden. Die Asynchronmaschine ist bei hohen Drehzahlen vorteilhaft und kann zur Bereitstellung höherer Leistungen verwendet werden.The first stator forms a first electrical machine, in particular one, with the rotor Asynchronous machine, while the second stator with the rotor a second electrical Machine, in particular a synchronous machine, forms. For this purpose, the Rotor carrier of the rotor attached permanent magnets to the second stator interact through induction. The synchronous machine is especially at low speeds of the drive shaft or crankshaft advantageous and can serve for example for the 12 V electrical system supply. This is especially why Advantageous, since confirmed knowledge shows that in motor vehicles approx. 50% of the electrical power at speeds below 1000 revolutions / minute are required. As previously described, the synchronous machine is in this speed range particularly effective. With the help of the present invention can thus in total Speed range achieves high efficiency and high electrical performance be generated. The asynchronous machine is advantageous at high speeds and can be used to provide higher services.
Die vorliegende Erfindung ist insbesondere bei elektrischen Maschinen vorteilhaft, die frontseitig, d. h. auf der dem Getriebe abgewandten Seite des Verbrennungsmotors angeordnet werden.The present invention is particularly advantageous in electrical machines that from the front, d. H. on the side of the internal combustion engine facing away from the transmission to be ordered.
Bei bekannten Antriebsvorrichtungen ist die auf der Kurbelwelle befindliche elektrische Maschine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet. Eine derartige Anordnung hat jedoch eine axiale Verlängerung der gesamten Antriebsvorrichtung zur Folge, da für jedes Kilowatt Leistung der elektrischen Maschine eine Verlängerung von ca. 1 cm erforderlich ist. Darüber hinaus müssen die Montagevorrichtungen, welche zum Zusammenfügen des Getriebes und des Motors dienen, aufgrund der Anordnung der elektrischen Maschine zwischen dem Motor und dem Getriebe verändert und angepaßt werden, was entsprechende Kosten zur Folge hat. In known drive devices, the electrical one located on the crankshaft Machine arranged between the internal combustion engine and the transmission. A however, such an arrangement has an axial extension of the whole Drive device as a result, for each kilowatt power of the electrical machine an extension of approx. 1 cm is required. In addition, the Assembly devices which are used to join the gearbox and the motor serve, due to the arrangement of the electrical machine between the motor and the transmission can be changed and adjusted, which results in corresponding costs Has.
Wird die elektrische Maschine auf der dem Getriebe gegenüberliegenden Seite des Verbrennungsmotors angeordnet, sind keine Änderungen am Motor, am Getriebe oder an den Montagevorrichtungen erforderlich. Es wird kein zusätzlicher Bauraum benötigt. Unter Berücksichtigung sämtlicher Aspekte handelt es sich demzufolge um die kostengünstigste Variante, um die elektrische Maschine auf der Kurbelwelle anzuordnen. Des weiteren ist diese Anordnung äußerst kundendienstfreundlich, da die elektrische Maschine leicht von außen zugänglich ist. Darüber hinaus können komplizierte und demzufolge anfällige Zwischengetriebe vermieden werden. Der üblicherweise auf derjenigen Seite der Kurbelwelle, auf welcher erfindungsgemäß vorzugsweise die elektrische Maschine angeordnet ist, befindliche Riementrieb zur Betätigung des Klimakompressors, der Lenkhilfepumpe usw. des Kraftfahrzeugs entfällt, so daß diese Komponenten elektrisch betrieben werden müssen. Hinsichtlich des Klimakompressors ist beispielsweise ein elektrisch betriebener Klimakompressor erforderlich, der möglichst bereits im Leerlauf eine Leistung von ca. 3 kW zur Verfügung stellen sollte. Ein derartiger elektrischer Kompressor kann vorteilhaft mit der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine betrieben werden.If the electrical machine is on the opposite side of the gearbox Internal combustion engine, there are no changes to the engine, gearbox or required on the mounting devices. No additional installation space is required. Taking all aspects into account, it is therefore the most cost-effective variant for arranging the electrical machine on the crankshaft. Furthermore, this arrangement is extremely customer service friendly because the electrical Machine is easily accessible from the outside. In addition, can be complicated and consequently, susceptible intermediate gears are avoided. The usually on that side of the crankshaft on which, according to the invention, preferably the electrical machine is arranged, belt drive for actuating the Air conditioning compressor, power steering pump, etc. of the motor vehicle is omitted, so that this Components must be operated electrically. Regarding the air conditioning compressor For example, an electrically operated air conditioning compressor is required, which if possible should already provide an output of approx. 3 kW when idling. Such one Electric compressor can be advantageous with the electric Machine operated.
Die Erfindung stellt insbesondere für elektrische Maschinen mit kurzer Baulänge eine wesentliche Verbesserung dar. Die aktive Eisenlänge einer herkömmlichen Asynchronmaschine ist bei einem vorgegebenen Durchmesser von Rotor und Ständer in etwa proportional zu der gelieferten elektrischen Leistung, wobei 1 cm Baulänge in etwa 1 kW Leistung entspricht. Bei elektrischen Maschinen mit kurzer Baulänge, beispielsweise im Bereich 6 cm, kann jedoch die aktive Eisenlänge nicht mehr gesteigert werden. Dieses Problem kann erfindungsgemäß durch die Integration einer Synchronmaschine in den freien Bereich des Rotors behoben werden, da auf diese Weise die aktive Eisenlänge in die Tiefe der elektrischen Maschine gelegt wird.The invention provides in particular for electrical machines with a short overall length significant improvement. The active iron length of a conventional Asynchronous machine is in at a given diameter of rotor and stator approximately proportional to the electrical power supplied, with an overall length of 1 cm 1 kW power corresponds. For electrical machines with a short overall length, for example in the 6 cm range, but the active iron length can no longer be increased become. According to the invention, this problem can be solved by integrating a Synchronous machine in the free area of the rotor can be fixed because of this Way the active iron length is placed in the depth of the electrical machine.
Der Rotor kann beidseitig gelagert und über ein elastisches Kopplungselement mit der Antriebswelle verbunden sein. Das elastische Kopplungselement dient bei dieser Ausführungsform einerseits zum Toleranzausgleich und andererseits zur Schwingungstilgung auf der Kurbelwelle, da die Rotormasse gleichzeitig als Tilgermasse fungiert.The rotor can be mounted on both sides and with the via an elastic coupling element Drive shaft to be connected. The elastic coupling element is used in this Embodiment on the one hand for tolerance compensation and on the other hand for Vibration damping on the crankshaft, since the rotor mass is also a damper mass acts.
Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße elektrische Maschine, welche eine Synchronmaschine und eine Asynchronmaschine umfaßt und besonders kompakt ausgestaltet ist, erzeugt im Vergleich zu einer herkömmlichen einzelnen Synchron- oder Asynchronmaschine höhere thermische Verluste. Es müssen daher umfangreichere Kühlmöglichkeiten vorgesehen werden. Der innere Bereich des Rotors kann über zentrisch verlaufende Kühlrippen gekühlt werden. Im vorderen Bereich der elektrischen Maschine kann eine Luft- oder Wasserkühlung vorgesehen sein, während im hinteren Bereich der elektrischen Maschine vorzugsweise eine Wasserkühlung zum Einsatz kommt. Darüber hinaus kann eine Ölsprühkühlung vorgesehen sein, bei der innerhalb der elektrischen Maschine eine geringe Ölmenge geführt und durch Drehung des Rotors zerstäubt wird. Auf diese Weise wird das Öl gleichmäßig im Innenraum der elektrischen Maschine verteilt und verbessert somit den Wärmeübergang innerhalb der elektrischen Maschine.The previously described electrical machine according to the invention, which a Synchronous machine and an asynchronous machine includes and particularly compact is designed, compared to a conventional single synchronous or Asynchronous machine higher thermal losses. It must therefore be more extensive Cooling options are provided. The inner area of the rotor can over centric cooling fins are cooled. In the front area of the electrical Air or water cooling machine can be provided while in the rear In the field of the electrical machine, water cooling is preferably used is coming. In addition, an oil spray cooling can be provided in the inside the electrical machine has a small amount of oil and by rotating the rotor is atomized. In this way, the oil is even in the interior of the electrical Machine distributes and thus improves the heat transfer within the electrical Machine.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.The invention is described below with reference to the drawing preferred embodiments described in more detail.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer Seitenansicht gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und Fig. 1 shows schematically the structure of a drive device according to the invention in a side view according to a first embodiment, and
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Teilansicht der Fig. 1 gezeigten elektrischen Maschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. FIG. 2 shows an enlarged partial view of the electrical machine shown in FIG. 1 according to a second exemplary embodiment of the invention.
In Fig. 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt, über dessen von den Kolben des Verbrennungsmotors 1 angetriebene Kurbelwelle 2 ein Drehmoment über eine (nicht gezeigte) Getriebekupplung (bzw. über einen Wandler bei einem Automatikgetriebe) auf die Getriebeeingangswelle eines Schalt- oder Automatikgetriebes 3 zum Antrieb der am Fahrwerk des Kraftfahrzeugs angebrachten Räder übertragen wird.In Fig. 1, an internal combustion engine 1 of a motor vehicle is shown, via the crankshaft 2 driven by the pistons of the internal combustion engine 1 , a torque via a transmission clutch (not shown) (or via a converter in an automatic transmission) to the transmission input shaft of a manual or automatic transmission 3 is transmitted to drive the wheels attached to the chassis of the motor vehicle.
Auf der dem Getriebe 3 gegenüberliegenden Seite des Verbrennungsmotors 1 ist eine elektrische Maschine 4 angeordnet. Diese elektrische Maschine 4 dient als Starter/Generator-Einheit und ermöglicht einerseits einen einfachen Start des Verbrennungsmotors 1 und andererseits eine hohe Generatorleistung, um nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 Energie für bestimmte Verbraucher des Kraftfahrzeugs bereitzustellen.An electrical machine 4 is arranged on the side of the internal combustion engine 1 opposite the transmission 3 . This electrical machine 4 serves as a starter / generator unit and, on the one hand, enables the internal combustion engine 1 to be started easily and, on the other hand, high generator output in order to provide energy for certain consumers of the motor vehicle after the internal combustion engine 1 has started .
Die elektrische Maschine 4 umfaßt ein Gehäuse 9, in dem ein Stator, von dem die Statorwicklung 5 mit einem Weicheisenkern dargestellt ist, fest angeordnet ist. Ein Rotor 6 mit einem daran befestigten Permanentmagnet- und Dynamoblechpaket 7 ist innerhalb des Stators 5 drehbar gelagert. Der Stator 5 steht mit dem Rotor 6 in induktiver Wechselwirkung und bildet mit diesem eine Asynchronmaschine, beispielsweise eine 42 V-Asynchronmaschine.The electrical machine 4 comprises a housing 9 in which a stator, of which the stator winding 5 is shown with a soft iron core, is fixedly arranged. A rotor 6 with a permanent magnet and dynamo sheet package 7 attached to it is rotatably mounted within the stator 5 . The stator 5 interacts inductively with the rotor 6 and forms an asynchronous machine, for example a 42 V asynchronous machine.
Der Rotor 6 ist in dem Gehäuse 9 beidseitig gelagert, wobei es sich bei den Lagern 8 beispielsweise um Rollen-, Kugel, Nadel- oder Gleitlager handeln kann. Der Rotor 6 ist über ein elastisches Kopplungselement 10, welches beispielsweise aus Hartgummi gefertigt ist, mit der Kurbelwelle 2 verbunden. Das Kopplungselement 10 dient somit sowohl zum Ausgleich von Toleranzen als auch zur Schwingungstilgung auf der Kurbelwelle 2, da die Masse des Rotors 6 gleichzeitig als Tilgermasse fungiert. Eine separate Bedämpfungseinrichtung ist daher nicht erforderlich, so daß eine kompakte Gesamtanordnung der elektrischen Maschine 4 erzielt werden kann.The rotor 6 is mounted on both sides in the housing 9 , and the bearings 8 can be roller, ball, needle or slide bearings, for example. The rotor 6 is connected to the crankshaft 2 via an elastic coupling element 10 , which is made of hard rubber, for example. The coupling element 10 thus serves both to compensate for tolerances and to compensate for vibrations on the crankshaft 2 , since the mass of the rotor 6 also functions as an absorber mass. A separate damping device is therefore not necessary, so that a compact overall arrangement of the electrical machine 4 can be achieved.
Im freien und ungenutzten Bereich des Rotors 6 ist mindestens eine weitere Statorwicklung 11 mit einem Weicheisenkern angeordnet, die wie die Statorwicklung 5 mit dem Rotor 6 in induktiver Wechselwirkung steht und somit mit dem Rotor 6 eine Synchronmaschine, beispielsweise eine 12 V-Synchronmaschine, bildet. Zu diesem Zweck sind, wie in Fig. 1 gezeigt ist, an dem Rotorträger Permanentmagnete 12, beispielsweise aus Neodym, angebracht. Diese Permanentmagnete 12 können gegebenenfalls aus thermischen Gründen über Keramikringe oder dergleichen abgekoppelt und in den Rotorträger eingeklebt bzw. mit diesem verklammert oder verschraubt sein. Der notwendige magnetische Rückschluß dieser Permanentmagnete 12 erfolgt über den Deckel des dargestellten Gehäuses 9, welcher hierzu aus Stahl gefertigt ist.In free and unused area of the rotor 6, a further stator winding 11 is at least arranged with a soft iron core, which like the stator coil 5, and the rotor 6 in inductive interaction thus with the rotor 6 is a synchronous machine, for example a 12 V synchronous machine forms. For this purpose, as shown in FIG. 1, permanent magnets 12 , for example made of neodymium, are attached to the rotor carrier. For thermal reasons, these permanent magnets 12 can optionally be decoupled via ceramic rings or the like and glued into the rotor carrier or clamped or screwed thereto. The necessary magnetic inference of these permanent magnets 12 takes place via the cover of the housing 9 shown , which is made of steel for this purpose.
Die durch den Stator 5 und den Rotor 6 gebildete Asynchronmaschine sowie die durch den Stator 5 und den Rotor 6 gebildete Synchronmaschine können voneinander unabhängig betrieben werden. Da die Synchronmaschine insbesondere bei niedrigen Drehzahlen der Kurbelwelle 2 einen guten Wirkungsgrad aufweist und hohe elektrische Leistungen bereitstellen kann, wird die Synchronmaschine vorzugsweise zur Bereitstellung von Leistungen bei Drehzahlen kleiner als beispielsweise 1000 Umdrehungen/Minute verwendet, während die Asynchronmaschine vorzugsweise zur Bereitstellung von Leistungen bei Drehzahlen größer als 1000 Umdrehungen/Minute verwendet wird. The through the stator 5 and the rotor 6 formed asynchronous machine and the synchronous machine by the stator 5 and the rotor 6 formed can be operated independently. Since the synchronous machine has a good efficiency and can provide high electrical power, especially at low speeds of the crankshaft 2 , the synchronous machine is preferably used to provide power at speeds lower than, for example, 1000 revolutions / minute, while the asynchronous machine is preferably used to provide power at speed greater than 1000 revolutions / minute is used.
Im Motorbetrieb übernimmt die elektrische Maschine 4 bei Betätigen des Anlasserschlüssels die Funktion eines Anlassers zum Starten des Verbrennungsmotors 1. Hierzu wird den Statorwicklungen 5 bzw. 11 eine entsprechende elektrische Energie zugeführt, so daß der Rotor 6 mit einem Anlaufdrehmoment beaufschlagt wird, welches das Starten des Verbrennungsmotors 1 ermöglicht. Nach dem Starten des Verbrennungsmotors 1 befindet sich die elektrische Maschine 4 im Generatorbetrieb, wobei der Rotor 6 über die Kurbelwelle 2 und das Kopplungselement 11 in Rotation versetzt und somit in den Statorwicklungen 5 bzw. 11 eine Spannung induziert wird, welche zur Energieversorgung von verschiedenen Verbrauchern oder der Batterie des Kraftfahrzeuges dient.In engine operation, the electric machine 4 takes over the function of a starter for starting the internal combustion engine 1 when the starter key is actuated. For this purpose, a corresponding electrical energy is supplied to the stator windings 5 and 11 , so that the rotor 6 is subjected to a starting torque which enables the internal combustion engine 1 to be started. After starting the internal combustion engine 1 , the electrical machine 4 is in generator mode, the rotor 6 being set in rotation via the crankshaft 2 and the coupling element 11 and thus a voltage being induced in the stator windings 5 and 11 , which is used to supply energy to various consumers or the battery of the motor vehicle.
In Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des oberen Abschnitts der in Fig. 1 gezeigten elektrischen Maschine 4 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei in Fig. 2 insbesondere die Kühlung der elektrischen Maschine 4 betreffende Einzelheiten dargestellt sind. FIG. 2 shows an enlarged view of the upper section of the electrical machine 4 shown in FIG. 1 according to a further exemplary embodiment of the present invention, with details relating in particular to the cooling of the electrical machine 4 being shown in FIG. 2.
Die erfindungsgemäße kompakte elektrische Maschine, die sowohl eine Synchronmaschine als auch eine Asynchronmaschine umfaßt, erzeugt im Vergleich zu einer herkömmlichen einzelnen Synchron- oder Asynchronmaschine zwangsläufig höhere thermische Verluste. Es müssen daher umfangreichere Kühlmöglichkeiten vorgesehen werden.The compact electrical machine according to the invention, which is both a Includes synchronous machine as well as an asynchronous machine, compared to a conventional single synchronous or asynchronous machine inevitably higher thermal losses. There must therefore be more extensive cooling options be provided.
Aus diesem Grund ist gemäß Fig. 2 eine Kühlwasserführung 13 derart ausgestaltet, daß sowohl der obere Bereich als auch die dem Verbrennungsmotor 1 zugewandte Seite der elektrischen Maschine 4 über Kühlrippen mit Kühlwasser gekühlt wird. Von besonderer Bedeutung sind hierbei die in Fig. 2 gezeigten zentrisch verlaufenden Kühlrippen, die eine ausreichende Kühlung des inneren Bereichs des Rotors 6 gewährleisten.For this reason, according to FIG. 2, a cooling water guide 13 is designed such that both the upper region and the side of the electric machine 4 facing the internal combustion engine 1 are cooled with cooling water via cooling fins. The centrally running cooling fins shown in FIG. 2, which ensure adequate cooling of the inner region of the rotor 6 , are of particular importance here.
Der vordere Bereich, d. h. die dem Verbrennungsmotor 4 abgewandte Seite, der elektrischen Maschine 4 wird durch Luftstrom gekühlt, wozu ebenfalls Kühlrippen 15 vorgesehen sind. Selbstverständlich kann auch für den vorderen Bereich der elektrischen Maschine 4 eine Wasserkühlung vorgesehen sein, wobei dann das Wasserkühlsystem des an dem Gehäuse lösbar zu befestigenden Gehäusedeckels z. B. über eine Steckverbindung mit dem in Fig. 2 gezeigten oberen Kühlwasserkreislauf 14 gekoppelt werden kann. The front area, ie the side facing away from the internal combustion engine 4 , of the electrical machine 4 is cooled by air flow, for which purpose cooling fins 15 are also provided. Of course, water cooling can also be provided for the front area of the electrical machine 4 , in which case the water cooling system of the housing cover to be releasably attached to the housing, for. B. can be coupled via a plug connection with the upper cooling water circuit 14 shown in FIG. 2.
Obwohl dies in Fig. 2 nicht gezeigt ist, kann auch eine Ölsprühkühlung vorgesehen sein, bei der innerhalb der elektrischen Maschine 4 eine geringe Ölmenge geführt und durch Drehung des Rotors 6 zerstäubt wird. Auf diese Weise wird das Öl gleichmäßig im Innenraum der elektrischen Maschine 4 verteilt und verbessert somit den Wärmeübergang innerhalb der elektrischen Maschine.Although this is not shown in FIG. 2, an oil spray cooling can also be provided, in which a small amount of oil is guided within the electrical machine 4 and atomized by rotating the rotor 6 . In this way, the oil is evenly distributed in the interior of the electrical machine 4 and thus improves the heat transfer within the electrical machine.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Gehäuse 9 über Dichtungen 17 abgedichtet, wobei der Gehäusedeckel beispielsweise über eine Schraubverbindung an dem Restgehäuse befestigt werden kann. Zudem ist in Fig. 2 für den oberen Stator 5 eine beidseitige Isolation 16 dargestellt, die den Stator 5 gegenüber dem Gehäuse 9 isoliert. As shown in FIG. 2, the housing 9 is sealed by means of seals 17 , the housing cover being able to be fastened to the rest of the housing, for example by means of a screw connection. 2 is also shown in Fig. Bilateral insulation 16 for the upper stator 5, the stator 5 isolates against the housing 9.
11
Verbrennungsmotor
Internal combustion engine
22nd
Kurbelwelle
crankshaft
33rd
Getriebe
transmission
44
Elektrische Maschine
Electrical machine
55
Statorwicklung
Stator winding
66
Rotor
rotor
77
Rotor-Blechpaket
Rotor laminated core
88th
Lager
camp
99
Gehäuse
casing
1010th
Kopplungselement
Coupling element
1111
Statorwicklung
Stator winding
1212th
Magnet
magnet
1313
Wasserkanal
Water channel
1414
Wasserkühlrippen
Water cooling fins
1515
Luftkühlrippen
Air cooling fins
1616
Isolierung
insulation
1717th
Dichtung
poetry
Claims (14)
mit einem in einem Gehäuse (9) fest angeordneten ersten Stator (5), und
mit einem auf einer Antriebswelle (2) drehbar gelagerten Rotor (6, 7), der mit dem ersten Stator (5) durch Induktion in Wechselwirkung steht,
dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Rotors (6, 7) ein zweiter Stator (11) fest in dem Gehäuse (9) angeordnet ist, der ebenfalls mit dem Rotor (6, 7) durch Induktion in Wechselwirkung steht.1. Electrical machine,
with a first stator ( 5 ) fixedly arranged in a housing ( 9 ), and
with a rotor ( 6 , 7 ) rotatably mounted on a drive shaft ( 2 ) which interacts with the first stator ( 5 ) by induction,
characterized in that within the rotor ( 6 , 7 ) a second stator ( 11 ) is fixed in the housing ( 9 ), which also interacts with the rotor ( 6 , 7 ) by induction.
daß der erste Stator (5) mit dem Rotor (6, 7) eine erste elektrische Maschine und der zweite Stator (11) mit dem Rotor (6, 7) ein zweite Maschine bildet, und
daß Steuermittel vorgesehen sind, welche in einem ersten Drehzahlbereich der Antriebswelle (2) die erste elektrische Maschine und in einem niedrigeren zweiten Drehzahlbereich der Antriebswelle (2) die zweite elektrische Maschine verwenden.5. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in
that the first stator ( 5 ) with the rotor ( 6 , 7 ) forms a first electrical machine and the second stator ( 11 ) with the rotor ( 6 , 7 ) forms a second machine, and
that control means are provided which use the first electrical machine in a first speed range of the drive shaft ( 2 ) and the second electrical machine in a lower second speed range of the drive shaft ( 2 ).
daß der erste Stator (5) mit dem Rotor (6, 7) eine 42 V-Asynchronmaschine und der zweite Stator (11) mit dem Rotor (6, 7) ein 12 V-Synchronmaschine bildet, und
daß die Steuermittel derart ausgestaltet sind, daß sie die 42 V-Asynchronmaschine bei einer Drehzahl der Antriebswelle (2) größer als ca. 1000 Umdrehungen/Minute und die 12 V-Synchronmaschine bei einer Drehzahl der Antriebswelle (2) kleiner als ca. 1000 Umdrehungen/Minute verwenden.6. Electrical machine according to claim 5, characterized in
that the first stator ( 5 ) with the rotor ( 6 , 7 ) forms a 42 V asynchronous machine and the second stator ( 11 ) with the rotor ( 6 , 7 ) forms a 12 V synchronous machine, and
that the control means are designed such that they the 42 V asynchronous machine at a speed of the drive shaft ( 2 ) greater than about 1000 revolutions / minute and the 12 V synchronous machine at a speed of the drive shaft ( 2 ) less than about 1000 revolutions Use / minute.
daß der Rotor (6, 7) beidseitig auf der Antriebswelle (2) gelagert ist, und
daß ein elastisches Kopplungselement (10) vorgesehen ist, welches den Rotor (6, 7) mit der Antriebswelle (2) elastisch verbindet.7. Electrical machine according to one of the preceding claims, characterized in that
that the rotor ( 6 , 7 ) is mounted on both sides on the drive shaft ( 2 ), and
that an elastic coupling element ( 10 ) is provided, which connects the rotor ( 6 , 7 ) with the drive shaft ( 2 ) elastically.
mit einem Antriebsaggregat (1), und
mit einer elektrischen Maschine (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotor (6, 7) der elektrischen Maschine mit einer durch das Antriebsaggregat (1) verlaufenden Antriebswelle (2) gekoppelt ist.12. drive device,
with a drive unit ( 1 ), and
with an electrical machine ( 4 ) according to one of the preceding claims, wherein the rotor ( 6 , 7 ) of the electrical machine is coupled to a drive shaft ( 2 ) running through the drive unit ( 1 ).
daß dem Antriebsaggregat (1) ein Getriebe (4) nachgeschaltet ist, und
daß die elektrische Maschine (4) an der Antriebswelle (2) auf der dem Getriebe (4) gegenüberliegenden Seite des Antriebsaggregats (1) angeordnet ist.13. Drive device according to claim 12, characterized in that
that the drive unit ( 1 ) is followed by a transmission ( 4 ), and
that the electrical machine ( 4 ) is arranged on the drive shaft ( 2 ) on the side of the drive unit ( 1 ) opposite the transmission ( 4 ).
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