DE102004041227A1

DE102004041227A1 - Generator-Elektromotor-Kombination

Info

Publication number: DE102004041227A1
Application number: DE102004041227A
Authority: DE
Inventors: Sven Martin
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2006-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Generator-Elektromotor-Kombination (1), umfassend einen Generator (3) und einen Motor (2), die jeweils einen Rotor (4) umfassen, an dessen Innenseite in Umfangsrichtung verteilt Permanent-Magnete (5) mit wechselnder Polarität angeordnet sind, wobei dem Generator (3) und dem Motor (2) jeweils ein Stator (10, 7) mit separater Statorwicklung zugeordnet ist, wobei die Statorwicklungen durch eine gemeinsame elektronische Steuereinrichtung verbunden sind, wobei die Statoren (10, 7) axial zu den ihnen zugeordneten Rotoren (8, 4) verschiebbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Generator-Elektromotor-Kombination gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 44 08 719 C1 ist eine Generator-Elektromotor-Kombination bekannt, mit einem Gehäuse, in dem der Rotor und der Stator sowohl des Generators als auch des Elektromotors angeordnet sind, mit einem an einer Eingangswelle befestigten hohlzylindrischen Generator-Rotor, mit einem an einer Ausgangswelle befestigten hohlzylindrischen Motor-Rotor, wobei die Rotoren axial nebeneinander liegen und an ihrer Innenseite in Umfangsrichtung verteilt Permanent-Magnete mit wechselnder Polarität aufweisen, mit einem innerhalb der hohlzylindrischen Rotoren axial verschiebbar angeordneten Stator mit wenigstens einer Kurzschlusswicklung, die abhängig von der Stellung der Permanent-Magnete der beiden Rotoren zueinander geschaltet wird, um ein stufenlos regelbares elektrisches Getriebe vorzustellen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, eine Generator-Elektromotor-Kombination zu schaffen, die hinsichtlich der Betriebsweisen flexibler ist.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Hierzu ist dem Generator und dem Motor jeweils ein Stator mit separater Statorwicklung zugeordnet, wobei die Statorwicklungen durch eine gemeinsame elektronische Steuereinrichtung verbunden sind, wobei die Statoren axial zu den ihnen zugeordneten Rotoren verschiebbar sind. Hierdurch können in der Statorwicklung des Generators und in der Statorwicklung des Motors zwei voneinander unabhängige Spannungen eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Entkopplung der Generator einfacher auch als Stator-Motor verwendet werden kann bzw. der Motor bei Rekuperationsvorgängen als Generator verwendet werden kann, da ein Stromfluss in die jeweils andere Wicklung unterbunden werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Rotoren zueinander axial angeordnet, wobei die beiden Statoren über eine gemeinsame Welle miteinander verbunden sind. Der Vorteil dieser Anordnung ist der sehr kompakte Aufbau und die einfache Verschiebbarkeit. Allerdings kann dabei die aktive Leiterlänge nicht voneinander unabhängig geändert werden, d.h. wenn die aktive Leiterlänge der Statorwicklung des Motors vergrößert wird, wird die aktive Leiterlänge des Generators verkürzt und umgekehrt.

In einer alternativen Ausführungsform sind daher die beiden Statoren mechanisch entkoppelt und voneinander unabhängig verschiebbar. Der Vorteil dieser Anordnung ist dabei, dass Generator und Motor an unterschiedlichen Stellen im Kraftfahrzeug eingebaut werden können, wobei die Kopplung ausschließlich über die elektronische Steuerschaltung erfolgt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die elektronische Steuereinrichtung zwei miteinander verbundene Brückenschaltungen, wobei in der Brücke jeweils die Statorwicklungen angeordnet sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Generator-Elektromotor-Kombination in einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung einer Generator-Elektromotor-Kombination in einer zweiten Ausführungsform und
3 eine Schaltungsanordnung einer elektronischen Steuereinrichtung für die beiden Statorwicklungen.
In der 1 ist eine erste Ausführungsform einer Generator-Elektromotor-Kombination 1 dargestellt, umfassend einen Motor 2 und einen Generator 3. Der Motor 2 umfasst einen Rotor 4, an dessen Innenseite in Umfangsrichtung Permanent-Magnete 5 mit wechselnder Polarität angeordnet sind. An dem Rotor 4 des Motors 2 ist eine Ausgangswelle 6 angeordnet, die mit einem nicht dargestellten Differential oder den Rädern verbunden ist. Des Weiteren umfasst der Motor 2 einen Stator 7 mit einer nicht dargestellten Statorwicklung. Der Generator 3 ist baugleich zum Motor aufgebaut und umfasst einen Rotor 8 mit Permanent-Magneten 9 und einen Stator 10, wobei der Rotor 8 mit einer Eingangswelle 11 ausgebildet bzw. verbunden ist, über die der Rotor 8 mit einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine verbunden ist. Die beiden Statoren 7, 10 sind über eine starre Welle 12 drehfest miteinander verbunden. Über eine nicht dargestellte Einrichtung sind die Statoren 7, 10 axial zu den Rotoren 4, 8 und somit zu den Permanent-Magneten 5, 9 verschiebbar. Damit ist auch die aktive Leiterlänge der jeweiligen Statorwicklung veränderbar. Durch die starre Welle 12 werden jedoch stets beide Statoren 7, 10 bewegt, so dass eine Veränderung der Leiterlänge auf der einen Seite stets auch eine umgekehrte Veränderung auf der anderen Seite zur Folge hat. Die beiden Statorwicklungen werden durch eine gemeinsame elektronische Steuereinrichtung geschaltet, die in 3 dargestellt ist.
In der 2 ist schematisch eine zweite Ausführungsform der Generator-Elektromotor-Kombination 1 dargestellt, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet wurden. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind die beiden Statoren 7, 10 mechanisch entkoppelt, so dass diese auch nicht axial zueinander angeordnet sein müssen, sondern beliebig an unterschiedlichen Einbauarten angeordnet werden können. Hierzu ist dann jedem Stator 7, 10 eine eigene Einrichtung zur axialen Verschiebung zugeordnet, so dass die aktive Leiterlänge der beiden Statorwicklungen völlig unabhängig voneinander verändert werden können.
In der 3 ist die elektronische Steuereinrichtung für die beiden Statorwicklungen dargestellt, wobei die Statorwicklung für den Motor 2 mit der Induktivität L1 und dem Widerstand R1 und für den Generator 3 mit der Induktivität L2 und dem Widerstand R2 symbolisiert ist. Die beiden Statorwicklungen sind jeweils in der Brücke einer Brückenschaltung angeordnet, wobei die beiden Brückenschaltungen miteinander verbunden sind. Parallel zu den beiden Brückenschaltungen ist ein Kondensator C1 geschaltet. Des Weiteren kann parallel zum Kondensator C1 eine Batterie angeordnet sein, die mittels geeigneter Schalter mit den Brückenschaltungen verbindbar ist. Die dabei parallel zu den Schalttransistoren geschalteten Freilaufdioden entsprechen dabei einer Gleichrichterbrücke.
Wird nun der Rotor des Generators durch die Brennkraftmaschine über die Eingangswelle 11 gedreht, so wird in der Statorwicklung L2, R2 eine Wechselspannung induziert, die durch die Freilaufdioden der Brückenschaltung des Generators gleichgerichtet wird. Hierdurch wird der Kondensator C1 mit Gleichspannung geladen. Durch diagonales Einschalten der Transistoren IGBT 1, 4 bzw. 2, 3 fließt dann ein Strom durch die Statorwicklungen L1, R1 des Motors. Hierdurch entsteht ein Drehmoment und es kommt zu einer Drehbewegung des Rotors und somit auch der Ausgangswelle 6.
Des Weiteren erlaubt die Anordnung auch, den Motor als Generator zu betreiben, um mittels Rekuperation Bremsenergie in elektrische Energie zu wandeln. Hierzu werden die Transistoren IGBT 1–4 gesperrt. Der drehende Rotor 4 induziert dann eine Spannung in der Statorwicklung L1, R1, die dann durch die Freilaufdioden gleichgerichtet wird und den Kondensator C1 auflädt. Ebenso kann der Generator als Motor betrieben werden und so als Anlasser arbeiten. Hierzu werden dann die Transistoren IGBT 5, 8 bzw. 6, 7 diagonal durchgeschaltet. Hierdurch fließt ein Strom vom Kondensator C1 bzw. der nicht dargestellten Batterie durch die Statorwicklungen L2, R2, wodurch ein Drehmoment an der Eingangswelle 11 erzeugt wird, mittels dessen die Brennkraftmaschine angeworfen werden kann.

Claims

Generator-Elektromotor-Kombination, umfassend einen Generator und einen Motor, die jeweils einen Rotor umfassen, an dessen Innenseite in Umfangsrichtung verteilt Permanent-Magnete mit wechselnder Polarität angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass dem Generator (3) und dem Motor (2) jeweils ein Stator (10, 7) mit separater Statorwicklung zugeordnet ist, wobei die Statorwicklungen durch eine gemeinsame elektronische Steuereinrichtung verbunden sind, wobei die Statoren (10, 7) axial zu den ihnen zugeordneten Rotoren (8, 4) verschiebbar sind.
Generator-Elektromotor-Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rotoren (4, 8) axial zueinander angeordnet sind, die beiden Statoren (7, 10) über eine gemeinsame Welle (12) miteinander verbunden und verschiebbar sind.
Generator-Elektromotor-Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Statoren (7, 10) mechanisch entkoppelt sind und voneinander unabhängig verschiebbar sind.
Generator-Elektromotor-Kombination nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung zwei miteinander verbundene Brückenschaltungen umfasst, wobei in der Brücke jeweils die Statorwicklungen (L1, R1; L2, R2) angeordnet sind.
Generator-Elektromotor-Kombination nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zweigen der Brückenschaltungen jeweils ein Schalttransistor (IGBT 1–8) mit Freilaufdiode angeordnet sind, wobei die Freilaufdioden einer Brückenschaltung eine Gleichrichterbrücke bilden.