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Die
Erfindung betrifft eine Generator-Elektromotor-Einheit mit einer
ausgezeichneten Achsrichtung, umfassend einen mit einer Antriebswelle
gekoppelten Generatorrotor, einen mit einer Abtriebswelle gekoppelten
Motorrotor, wobei der Motorrotor und der Generatorrotor jeweils
koaxial zu der ausgezeichneten Achsrichtung drehbar gelagert sind
und jeweils entlang eines Kreisumfangs, der konzentrisch mit der
ausgezeichneten Achsrichtung ist, abwechselnd polarisierte Permanent-Magnete
umfassen, und einen mindestens eine in Abhängigkeit der
Stellungen des Generatorrotors und des Motorrotors schaltbare Kurzschlusswicklung
umfassenden Stator, wobei die Kurzschlusswicklung koaxial bezüglich einer Überlappung
mit den Permanent-Magneten in der ausgezeichneten Achsrichtung verschieblich
ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer solchen
Generator-Elektromotor-Einheit sowie ein Verfahren zum Betreiben
einer solchen Generator-Elektromotor-Einheit.
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Aus
dem Stand der Technik sind Generator-Elektromotor-Einheiten bekannt,
die als stufenlos schaltbare elektrische Getriebe in Fahrzeugen
einsetzbar sind. Aus der
DE
44 08 719 C1 ist eine Generator-Elektromotor-Kombination
bekannt, die als elektromagnetischer Drehmoment-Wandler oder elektromagnetisches
Getriebe mit großer Spreizung beispielsweise in einem Kraftfahrzeug
mit Hybridantriebsstruktur verwendbar ist. Zur Realisierung einer derartigen
Elektromaschine wird dort vorgeschlagen, auf einer mit einer Brennkraftmaschine
verbundenen Eingangswelle einen hohlzylindrischen Generator-Rotor
zu befestigen und auf einer Ausgangswelle einen hohlzylindrischen
Elektro-Motor-Rotor anzubringen, wobei beide Rotoren auf ihrer Innenseite
am Umfang verteilte Permanent-Magnete mit wechselnder Polarität
aufweisen. Zudem ist ein Stator mit wenigstens einer schaltbaren
Kurzschlusswicklung vorgesehen, bei dem die Kurzschlusswicklung
mittels einer Führungs- und Verschiebungsvorrichtung unter den
Permanent-Magneten der Rotoren in weiten Bereichen verschiebbar
angeordnet ist. Mit Hilfe von Magnetfeldsensoren zwischen den Permanent-Magneten
wird die Polarität sich gegenüberliegender Permanent-Magnete
ermittelt und in Abhängigkeit von Sensorsignalen die Kurzschlusswicklung
geschlossen oder geöffnet.
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Auf
diese Weise lässt sich die Drehrichtung der Ausgangswelle
einstellen, während die Positionierung der Kurzschlusswicklung
unter den Permanent-Magneten des Motor- und Generator-Rotors die Drehzahl
und das Abtriebsmoment der Ausgangswelle festlegt.
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Die
in der
DE 44 08 719
C1 vorgeschlagene Ausgestaltung weist jeweils glockenförmig
ausgebildete Generator- und Elektromotor-Rotoren auf, die einen
innen liegenden und entlang der koaxial ausgerichteten Drehrichtungen
der Rotoren verschieblich beweglichen Stator umschließen.
Um die beim Betrieb im Stator auftretenden Wärmeverluste
abzuführen, ist es notwendig, den Stator mit einer aktiven Kühlung
zu versehen.
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Eine
mögliche Ausgestaltung eines solchen Stators ist in der
DE 100 10 028 A1 beschrieben.
Dort ist ein Stator einer elektrischen Maschine, insbesondere eines
elektrischen Getriebes, beschrieben, der vollständig aus
mehreren übereinander geschichteten und miteinander verbundenen
Blechlagen besteht. Die einzelnen Bleche sind derart geformt, dass sie
Nuten zum Aufnehmen mindestens einer Statorwicklung und vorzugsweise
auch Wasserkanalöffnungen sowie Öffnungen für
die Lagerung und Momentabstützung sowie gegebenenfalls
axiale Verschiebung des Stators aufweisen.
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Aus
Gewichtsgründen, insbesondere einer Dicke des magnetischen
Rückschlusses in den Rotoren, wird eine möglichst
hohe Polzahl angestrebt. Daher ist der Aufbau eines Stators für
eine bekannte Generator-Motor-Kombination kompliziert und aufwendig.
Ferner besteht bei den bekannten Staturen regelmäßig
die Gefahr, dass sich aufgrund einer thermischen Erwärmung
im Stator Ausdehnungen ergeben, die einen Spalt zu einem im Innern
ausgeführten Kühlmantel ergeben. In einem solchen
Fall wird eine Wärmeleitung unterbrochen und es besteht
die Gefahr einer Überhitzung und Beschädigung
der Wicklungen des Stators. Daher müssen bei Konstruktion und
Fertigung besondere Qualitätsstandards erreicht werden,
die eine Fertigung der Staturen und insgesamt der Generator-Motor-Kombination
verteuern.
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Eine
bevorzugte Beschattung der Kurzschlusswicklung ist in der
DE 102 37 451 A1 beschrieben.
Dort ist ein Verfahren zum Schalten von Strömen in einer
Statorwicklung einer Generator-Elektromotor-Kombination beschrieben,
wobei die Statorwicklung mindestens eine Wicklung aufweist, die
durch mindestens eine Einrichtung kurzschließbar oder hochohmig
schaltbar ist, wobei die mindestens eine Wicklung mit einem Kondensator verbunden
ist, mittels dessen Spannungsspitzen aufgrund von Schaltvorgängen
reduzierbar sind und in der Statorwicklung eingespeicherte Energie
zwischenspeicherbar ist, wobei zwischen der Wicklung und dem Kondensator
mindestens ein schaltbares Entkopplungselement angeordnet ist, wobei über
das Entkopplungselement die zwischenzuspeichernde Energie aufgrund
der Abschaltung der Einrichtung in einem Nicht-Arbeitstakt als Ladestrom
auf den Kondensator ableitbar ist und die zwischengespeicherte Energie
als Arbeitsstrom im Arbeitstakt in die Statorwicklung rückspeisbar
ist, wobei das Entkopplungselement zeitlich bei der Rückspeisung
derart angesteuert wird, dass die Kondensatorspannung nicht unter
einen festgelegten Spannungswert sinkt.
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Koppelt
man den Kondensator über eine Leistungselektronik und/oder
einen DC/DC-Wandler, so kann der Generator-Motor-Kombination Energie entzogen
und in einer Batterie Energie gespeichert werden oder der Generator-Motor-Kombination
Energie aus der Batterie zugeführt werden, um beispielsweise über
den Motorrotor die Abtriebswelle elektrisch anzutreiben.
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Bei
der bekannten Generator-Elektromotor-Kombination stellt die aufwendige
konstruktive Ausgestaltung des Stators und hier insbesondere die hohe
gewünschte Polzahl ein besonderes Problem dar.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfachere
Generator-Elektromotor-Einheit zu schaffen.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Generator-Elektromotor-Einheit
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zudem wird in den Patentansprüchen 8 bis 12 eine Verwendung und
ein Betrieb der Generator-Elektromotor-Einheit als variables Getriebe,
als Rekuperations- und Boosteinheit sowie deren Betrieb beansprucht.
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Der
Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass eine Leistungsübertragung
von dem Generator auf den Motor der Generator-Elektromotor-Einheit
einerseits durch eine Übertragung bei hohen Momenten und
andererseits bei hohen Drehzahlen möglich ist. Wird die
Drehzahl des Generatorrotors und/oder die Drehzahl des Motorrotors
bei gleicher Schaltfrequenz gesteigert, so kann eine Polzahl des
Stators verringert werden. Bei einer Generator-Elektromotor-Einheit
eingangs genannter Art ist daher vorgesehen, dass die Antriebswelle
mit dem Generatorrotor über ein Übersetzungsgetriebe
und/oder der Motorrotor mit der Abtriebswelle über ein
Untersetzungsgetriebe gekoppelt sind. Als Übersetzungsgetriebe wird
hier ein Getriebe angesehen, bei dem die Drehzahl der einen Achse
zu der Drehzahl der anderen Achse betragsmäßig
kleiner 1 ist. Ein Untersetzungsgetriebe ist nach dieser Definition
ein Getriebe, bei dem die Drehzahl der einen Welle im Verhältnis
zur Drehzahl der anderen Welle betragsmäßig größer
1 ist. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass eine
Drehzahl der Antriebswelle mittels des Übersetzungsgetriebes
in eine größere Drehzahl des Generatorrotors übersetzt
und/oder eine Drehzahl des Motorrotors mittels eines Untersetzungsgetriebes
in eine kleinere Drehzahl der Abtriebswelle untersetzt wird. Hierdurch
wird erreicht, dass bei identischen Verhältnissen im Vergleich
zu einer Generator-Elektromotor-Kombination nach dem Stand der Technik höhere
Drehzahlen des Generatorrotors und/oder des Motorrotors auftreten,
so dass eine Leistungsübertragung bei höherer
Drehzahl, d. h. niedrigerem Drehmoment, stattfindet und eine Polzahl
bei konstant bleibender Schaltfrequenz des Stators verringert werden
kann.
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Einen
eigenständigen Beitrag zur Lösung des Problems
liefert die Maßnahme, den Stator hohlzylindrisch auszubilden
und den Generatorrotor und den Motorrotor jeweils als Innenläufer
auszubilden. Dieses Vorgehen ist deshalb von Vorteil, weil so ein mit
hoher Drehzahl drehender Generatorrotor und ein mit hoher Drehzahl
drehender Motorrotor, die im Stand der Technik jeweils glockenförmig
ausgebildet sind und im Stand der Technik einen innen liegenden Stator
umschließen, nur schwer zu lagern sind. Die hierbei auftretenden
Kräfte sind wesentlich größer als bei
als Innenläufer ausgebildeten Rotoren. Ferner bietet eine
Ausgestaltung des Stators als Hohlzylinder den Vorteil, dass bei
einer thermischen Ausdehnung aufgrund des Stromflusses durch die
Wicklung des Stators eine Ausdehnung gegen einen außen
liegenden Kühlmantel jederzeit eine optimale Wärmeleitung
gewährleistet, so dass ein Versagen der Kühlung
ausgeschlossen werden kann. Hierdurch wird eine höhere
Zuverlässigkeit der gesamten Anordnung erreicht. Ferner
ist eine Zu- und Abführung von Kühlflüssigkeit
einfacher möglich, die bei der bekannten Generator-Elektromotor-Kombination
nach dem Stand der Technik axial oder nahe der ausgezeichneten Achse
erfolgen muss. Zusätzlich wird die Anordnung der Schaltanordnung,
die räumlich dicht zu der Kurzschlusswicklung anzuordnen
ist, einfacher möglich.
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Insbesondere
die Kombination der Merkmale, ein Übersetzungsgetriebe
zwischen der Antriebswelle und dem Generatorrotor und/oder einem
Untersetzungsgetriebe zwischen dem Motorrotor und der Abtriebswelle
vorzusehen und den Stator hohlzylindrisch auszubilden und den Generatorrotor
und den Motorrotor als Innenläufer auszubilden, erleichtern eine
konstruktive Lagerung der drehenden Teile und ermöglichen
zugleich eine Verringerung der Polzahl des Stators. Hierdurch wird
ein kostengünstigerer und einfacherer Aufbau der Generator-Elektromotor-Einheit
ermöglicht.
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Das Übersetzungsgetriebe
und das Untersetzungsgetriebe können Platz sparend besonders vorteilhaft
als Planetengetriebe ausgebildet werden.
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Um
eine bereits bestehende Schaltungselektronik einer Generator-Elektromotor-Einheit
nach dem Stand der Technik anwenden zu können, ist es vorteilhaft,
wenn das Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes
zu dem Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes
reziprok ist. Dies bedeutet, dass es vorteilhaft ist, beispielsweise
die Drehzahl des Generatorrotors gegenüber der Drehzahl
der Antriebswelle zu verdoppeln und zugleich die Drehzahl der Abtriebswelle
gegenüber der Drehzahl des Motorrotors zu halbieren. Selbstverständlich können
auch andere Übersetzungs- und Untersetzungsverhältnisse
gewählt werden.
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Grundsätzlich
können ein Übersetzungsverhältnis und
ein Untersetzungsverhältnis je nach konkreten Anforderungen
jeweils unabhängig voneinander gewählt werden.
Beispielsweise kann das Übersetzungsverhältnis
1:2 und das Untersetzungsverhältnis 3:1 betragen.
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Um
eine Variation des übertragenen Moments zwischen der Antriebswelle
und der Abtriebswelle zu erreichen, ist eine Verschiebung des Stators mit
dessen Kurzschlusswicklung vorgesehen. Durch die axiale Verschieblichkeit
kann eine wirksame Leiterlänge im Generator- und Motorteil
der Generator-Elektromotor-Einheit variiert werden. Auf diese Variation
der Leiterlänge in den Magnetfeldern des Generatorrotors
und des Motorrotors beruht die Steuer- bzw. Regelbarkeit der Drehzahl
und Momentübersetzung der gesamten Generator-Elektromotor-Einheit
als stufenlos regelbares elektrisches Getriebe. Daher ist bei einer
bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass ein Stellglied
zum Verschieben der mindestens einen Kurzschlusswicklung mit dieser
vorzugsweise mechanisch gekoppelt ist und eine Steuereinheit zum
Regeln des Stellglieds ausgebildet ist, um ein Übersetzungsverhältnis
zwischen der Antriebswelle und der Abtriebwelle zu regeln. Dadurch,
dass eine Vergrößerung der Leiterlänge
in dem Motorrotor mit einer Verringerung der Leiterlänge
in dem Generatorrotor und umgekehrt einhergeht, kann eine beliebige
Drehmomentübersetzung eingestellt werden. Hierdurch ist
eine hohe Spreizung der Übersetzung erreichbar.
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Um
ein Laufverhalten der Generator-Elektromotor-Einheit zu verbessern,
d. h. einen pulsierenden Momentübertrag zu vergleichmäßigen,
ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der
Stator mehrere separat schaltbare Kurzschlusswicklungen umfasst.
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Die
erfindungsgemäße Generator-Elektromotor-Einheit
ist besonders für eine Verwendung als variables Getriebe
vorgesehen. Hierdurch kann ein mechanisches Getriebe bei einem Kraftfahrzeug
mit einer Verbrennungsmaschine vollständig eingespart werden.
Aufgrund der Verschiebbarkeit der Kurzschlusswicklung relativ zu
dem Generatorrotor und dem Motorrotor kann eine Drehmoment- oder
Drehzahlwandlung in weiten Bereichen stufenlos eingestellt werden.
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Um
eine Einsparung fossiler Energieträger zu erreichen, kann
die Einheit ferner als Rekuperationseinheit in einem Fahrzeugantrieb
verwendet werden. Für eine solche Ausführungsform
ist es vorteilhaft, dass die mindestens eine Kurzschlusswicklung über
eine Leistungsschaltelektronik mit einem Energiespeicher verbunden
ist, so dass über die mindestens eine Kurzschlusswicklung
bei einem angetriebenen Zustand der Antriebswelle oder der Abtriebswelle
Energie entzogen und in den Energiespeicher überführt
werden kann.
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Ebenso
ist es möglich, eine Generator-Elektromotor-Einheit zu
verwenden, um in einem Fahrbetrieb zusätzliches Drehmoment
zu dem von der Verbrennungsmaschine bereitgestellten Drehmoment auf
die Abtriebswelle zu übertragen. Hierfür ist es notwendig,
aus dem Energiespeicher Energie zu entziehen und zum Antreiben der
Abtriebswelle zu verwenden. Dies bedeutet, dass der durch die Kurzschlusswicklung
fließende Strom zusätzlich zu dem von dem Generatorrotor
induzierten Strom eingespeisten Strom umfasst, der aus dem Energiespeicher
entnommen ist. Eben so ist es möglich, die Energie des
Energiespeichers zu verwenden, um die Antriebswelle beispielsweise
bei einem Stillstand des Fahrzeugs anzutreiben, um hierüber
die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors bei einem Startvorgang des
Verbrennungsmotors zu beschleunigen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert.
Hierbei zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Generator-Elektromotor-Einheit.
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1 zeigt
schematisch eine Generator-Elektromotor-Einheit 1. Diese
umfasst einen als Hohlzylinder ausgebildeten Stator 3 mit
mindestens einer über eine Schaltungsanordnung 5 schaltbaren Kurzschlusswicklung
(nicht dargestellt). Vorzugsweise umfasst der Stator 3 mehrere
Kurzschlusswicklungen, die separat voneinander schaltbar sind.
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Diese
Wicklungen werden auch als Stränge bezeichnet. Die Kurzschlusswicklung
ist vorzugsweise zylindersymmetrisch zu einer Hauptachsrichtung 7 ausgebildet.
Im Innern des hohlzylindrisch ausgebildeten Stators 3 sind
als Innenläufer ausgebildet ein Generatorrotor 9 und
ein Motorrotor 11 ausgebildet. Diese sind zu der Hauptachsrichtung
koaxial unabhängig voneinander drehbar gelagert. Jeweils
an einer zylindrischen Außenfläche 13, 15,
die an einer Innenseite 17 des Stators 3 zugewandt
sind, an der die mindestens eine Kurzschlusswicklung in nicht dargestellten
Nuten geführt ist, sind Permanent-Magnete angeordnet (nicht
dargestellt). Die Permanent-Magnete sind entlang eines Kreisumfangs
des Generatorrotors 9 bzw. Motorrotors 11 jeweils
mit abwechselnder Polarität verteilt. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform weisen die Permanent-Magnete des Generatorrotors 9 parallel
zur Hauptachsrichtung 7 eine Ausdehnung auf, die etwa 60%
der Ausdehnung der Permanent-Magnete auf der zylindrischen Außenfläche 15 des
Motorrotors 11 entlang der Hauptachsrichtung beträgt.
Ansonsten weisen die Permanent-Magnete vorzugsweise alle dieselben
Abmessungen und Materialeigenschaften auf, beispielsweise dieselbe
spezifische Remanenzmagnetisierung.
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Der
Generatorrotor 9 ist mit einer Antriebsmaschine gekoppelt,
der schematisch mittels einer Kurbelwelle 19 angedeutet
ist. Die Kurbelwelle treibt eine Antriebswelle 21 an. Die
Antriebswelle 21 ist mit dem Generatorrotor 9 über
ein als Planetengetriebe ausgebildetes Übersetzungsgetriebe 23 gekoppelt. Die
Antriebswelle 21 ist mit einem Hohlrad 25 verbunden.
Der Generatorrotor 9 ist mit einem Sonnenrad 27 verbunden.
Eine Kraft- oder Drehmomentübertragung von der Antriebswelle 21 und
dem Hohlrad 25 auf das Sonnenrad 27 und den Generatorrotor 9 erfolgt über
Planetenräder 31. Die Planetenräder 31 sind
in einem Steg 33 gelagert, der mit einem Gehäuse 35 verbunden
ist. Das Planetengetriebe 23 ist so ausgelegt, dass eine
Drehzahl der Antriebswelle 21 in eine größere
Drehzahl des Generatorrotors 9 übersetzt wird.
Beispielsweise wird eine Übersetzung 1:2 gewählt,
so dass der Generatorrotor 9 mit der doppelten Drehzahl
der Antriebswelle 21 dreht.
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Der
Motorrotor 11 ist analog mit einer Abriebswelle 37 über
ein als Planetengetriebe ausgebildetes Untersetzungsgetriebe 39 mechanisch
gekoppelt. Der Motorrotor 11 ist mit einem weiteren Sonnenrad 41 verbunden.
Das Drehmoment des Motorrotors 11 wird somit über
das weitere Sonnenrad 41 auf weitere Planetenräder 43 übertragen,
die in einem weiteren Steg 45 gelagert sind. Der weitere
Steg kann bei einer Ausführungsform einstückig
mit dem Steg 33 ausgebildet sein und ist ebenfalls mit
dem Gehäuse 35 fest verbunden. Die weiteren Planetenräder 43 übertragen
das Drehmoment auf ein weiteres Hohlrad 47, das fest mit
der Abtriebswelle 37 verbunden ist. Das Untersetzungsgetriebe 39 ist
so ausgelegt, dass eine Drehzahl des Motorrotors 11 in
eine geringere Drehzahl der Abtriebswelle 37 untersetzt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Untersetzungsverhältnis
reziprok zu dem Übersetzungsverhältnis des Übersetzungsgetriebes 23.
Wird beispielsweise die Drehzahl der Antriebswelle 21 im Übersetzungsgetriebe 23 verdoppelt,
so dass der Generatorrotor 9 mit der doppelten Drehzahl
der Antriebswelle 21 dreht, so würde bei einer
reziproken Wahl des Untersetzungsverhältnisses die Drehzahl des
Motorrotors 11 durch das Untersetzungsgetriebe 39 halbiert,
so dass die Abtriebswelle 37 mit der halben Drehzahl des
Motorrotors 9 dreht. Hierdurch wird es möglich,
dass sowohl der Generatorrotor 9 als auch der Motorrotor 11 jeweils
mit einer höheren Drehzahl drehen, als wenn das Übersetzungsgetriebe
bzw. das Untersetzungsgetriebe fehlten. Hierdurch wird eine Leistungsübertragung
von dem Generatorrotor 9 auf den Elektromotorrotor 11 bei
einer höheren Drehzahl ermöglicht. Dies bietet
den Vorteil, dass die Polzahl im Stator 3 verringert werden
kann.
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Das Übersetzungsverhältnis
der Generator-Elektromotor-Einheit 1 wird über
eine Stellung des Stators 3 bzw. der mindestens einen Kurzschlusswicklung
relativ zu den von den Permanent-Magneten des Generatorrotors 9 und
des Elektromotorrotors 11 erzeugten Magnetfeldern bestimmt.
Der Stator 3 und somit auch die mindestens eine Kurzschlusswicklung
sind mit einem Stellglied 59 verbunden. Der Stator 3 ist
verschieblich auf Lagerstangen 49 gelagert und kann mittels
des Stellgliedes 59 entlang der Lagerstangen 49 verschoben werden,
wie mittels eines Doppelpfeils 51 angedeutet ist. Das Stellglied 59 wird über
eine Steuereinheit 61 angesteuert. Hierüber können
die effektiven Leiterlängen der mindestens einen Kurzschlusswicklung
in den Magnetfeldern des Generatorrotors 9 und des Motorrotors 11 verändert
werden, um eine Gesamtübersetzung von der Antriebswelle 21 auf
die Abtriebswelle 37 zu regeln. Eine Leiterlänge
der mindestens einen Kurzschlusswicklung, die in dem von den Permanent-Magneten
des Generatorrotors 9 erzeugten Magnetfeld liegt, wird
als effektive Leiterlänge des Generators bezeichnet. Entsprechend
wird eine Leiterlänge der Kurzschlusswicklung, die in dem
von den Permanent-Magneten des Motorrotors 11 erzeugten
Magnetfeld liegt, als effektive Leiterlänge des Motors
bezeichnet. Das Verhältnis der effektiven Leiterlängen
ist im unbelasteten Fall umgekehrt proportional zu den Drehzahlen
der Rotoren. In einem belasteten Zustand stellt sich ein Schlupf
an beiden Teilsystemen ein. Für eine Momentübersetzung
gilt dann, dass diese proportional zu dem Verhältnis der Leiterlängen
ist. Durch eine Verschiebung des Stators 3 bzw. der hiermit
verbundenen mindestens einen Kurzschlusswicklung koaxial entlang
der Hauptachsrichtung 7, wie dies mittels des Doppelpfeils 51 angedeutet
ist, können die effektiven Leiterlängen stufenlos über
einen großen Bereich verändert werden. Hierbei
ist zu beachten, dass eine Verringerung der Leiterlänge
des Generatorteils zu einer Erhöhung der effektiven Leiterlänge
des Motorteils führt.
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Die
mindestens eine Kurzschlusswicklung muss über die Schaltungsanordnung 5 jeweils
zu geeigneten Zeitpunkten geschlossen und geöffnet werden.
Diese Positionen hängen von den Stellungen des Generatorrotors 9 und
dem Motorrotor 11 zueinander ab. Um die Lage bzw. Winkelstellung
des Generatorrotors 9 und des Motorrotors 11 bestimmen
zu können, sind Sensoren vorgesehen (nicht dargestellt),
die vorzugsweise als Magnetsensoren ausgebildet sind und auf dem
Stator angeordnet sind. Um eine identische Drehrichtung des Generatorrotors und
des Motorrotors zu erreichen, müssen jeweils eine unterschiedliche
Polarität aufweisende Permanent-Magnete über einen
Leitungsabschnitt der Kurzschlusswicklung verbunden sein. Über
die Schaltungsanordnung 5 ist es ferner möglich,
Energie über einen Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) 53 zu
entziehen und in einer Batterie 55 zu speichern. Dieses
kann beispielsweise vorgenommen werden, wenn die Generator-Elektromotor-Einheit 1 in
einem Kraftfahrzeug als elektrisches Getriebe eingesetzt wird und
eine kinetische Energie des Fahrzeugs bei einem Verzögerungsvorgang
rekuperiert werden soll. Hierbei dient dann der Motorrotor als Generator.
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Ebenso
ist es möglich, Energie der Batterie 55 über
den Gleichspannungswandler 53 und die Schaltungsanordnung 5 so
einzuspeisen, dass beispielsweise ein zusätzliches Moment
für einen so genannten Boostbetrieb am Motorrotor zur Verfügung gestellt
wird oder der Generatormotor angetrieben wird, um die Verbrennungsmaschine
zu starten.
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Insgesamt
ist hervorzuheben, dass die beschriebene Ausführungsform
einen einfacheren Aufbau einer Generator-Elektromotor-Einheit ermöglicht.
Dadurch, dass der Generatorrotor und der Motorrotor als Innenläufer
ausgebildet werden, können höhere Drehzahlen realisiert
werden. Hierüber ist es möglich, die Polzahl des
Stators 3 bei gleicher Schaltfrequenz abzusenken. Ferner
werden Verluste in Form von Wärme aus dem Stator 3 über
einen Kühlmantel 57 abgeführt, der außen
anliegend an den Stator 3 ausgeführt ist. Da sich
der Stator 3 bei einer Erwärmung leicht ausdehnt,
ist somit in jedem Fall ein guter Kontakt mit dem Kühlmantel 57 gewährleistet,
so dass eine Wärmeleitung zur Abführung der Verlustwärme
in den Kühlmantel 57 jederzeit zuverlässig
gewährleistet ist und eine hohe Zuverlässigkeit
des Gesamtsystems gegenüber einem Ausfall gewährleistet
wird.
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- 1
- Generator-Elektromotor-Einheit
- 3
- Stator
- 5
- Schaltungsanordnung
- 7
- Hauptachsrichtung
- 9
- Generatorrotor
- 11
- Motorrotor
- 13
- zylindrische
Außenfläche des Generatorrotors
- 15
- zylindrische
Außenfläche des Motorrotors
- 17
- Innenseite
des Stators
- 19
- Kurbelwelle
- 21
- Antriebswelle
- 23
- Übersetzungsgetriebe
- 25
- Hohlrad
- 27
- Sonnenrad
- 31
- Planetenräder
- 33
- Steg
- 35
- Gehäuse
- 37
- Abtriebswelle
- 39
- Untersetzungsgetriebe
- 41
- weiteres
Sonnenrad
- 43
- weitere
Planetenräder
- 45
- weiterer
Steg
- 47
- weiteres
Hohlrad
- 49
- Lagerstangen
- 51
- Doppelpfeil
zum Andeuten der Verschiebbarkeit des Stators
- 53
- Gleichspannungswandler
(DC/DC-Wandler)
- 55
- Batterie
- 57
- Kühlmantel
- 59
- Stellglied
- 61
- Steuereinheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 4408719
C1 [0002, 0004]
- - DE 10010028 A1 [0005]
- - DE 10237451 A1 [0007]