DE102008018052B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung eines Wechselmoments eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs und entsprechend ausgestaltetes Fahrzeug - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung eines Wechselmoments eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs und entsprechend ausgestaltetes Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Reduzierung eines Wechselmoments in einem sich drehenden Antriebsstrang (2) eines Fahrzeugs (10),wobei der Antriebsstrang (2) von einem Verbrennungsmotor (3) des Fahrzeugs (10) angetrieben wird,wobei ein Moment von einer Elektromaschine (1) auf den Antriebsstrang (2) aufgebracht wird, so dass dieses Moment dem Wechselmoment entgegenwirkt,dadurch gekennzeichnet,dass von der Elektromaschine (1) abhängig von einem Drehwinkel (11) des Antriebsstrangs (2) derart Kompensationsenergie gespeichert und abgegeben wird, dass das Wechselmoment reduziert wird,dass der Elektromaschine (1) zum Antrieb der Elektromaschine (1) von dem Wechselmoment unabhängige elektrische Energie zugeführt wird, unddass Rastmomente der Elektromaschine (1) antizyklisch zu einem Wechselanteil von durch den Verbrennungsmotor (3) erzeugten Schwingungen eingestellt sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um Wechselmomente an einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs zu reduzieren, und ein entsprechend ausgestaltetes Fahrzeug.
  • Die DE 100 38 281 B4 beschreibt die Reduktion von Schwingungen in einem Antriebssystem. Dabei wird in dem Antriebssystem mittels einer elektrischen Maschine ein Drehmoment erzeugt, das entgegengesetzt zu einer auftretenden Schwankung im Antriebsmoment eines Verbrennungsmotors gerichtet ist.
  • Die DE 199 13 015 A1 offenbart ein Schwingungsdämpfungssystem. Dabei übt eine Elektromaschine ein Gegenmoment auf eine rotierende Baugruppe aus.
  • Die DE 197 09 299 A1 beschreibt die Verringerung von Drehungleichförmigkeiten. Dabei werden auf ein ungleichförmig drehendes Aggregat (einen Verbrennungsmotor) durch eine elektrische Maschine Drehmomente aufgebracht, um die Drehungleichförmigkeit zu verringern.
  • Die DE 196 31 384 A1 offenbart eine elektrische Maschine mit einem auf einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors sitzenden Rotor. Die elektrische Maschine hat die Funktion eines aktiven Schwingungsdämpfers.
  • Verbrennungskraftmaschinen eines Fahrzeugs erzeugen aufgrund von Gas- und Massenkräften ein Wechselmoment an einer Kurbelwelle des Fahrzeugs. Hinzu kommen weitere Momentenschwankungen aufgrund eines Widerstandsmoments einer Nockenwelle des Fahrzeugs. Da diese Wechselmomente oder Momentenschwankungen Vibrationen an dem Fahrzeug erzeugen, zu einem erhöhten Geräuschpegel führen und eine Lebensdauer von mit diesen Wechselmomenten beaufschlagten Bauteilen verringert wird, ist man bestrebt, einen Wechselanteil eines Moments an der Kurbelwelle zu reduzieren. Unter einem Wechselmoment wird dabei derjenige Anteil eines Moments verstanden, welcher sich in seiner Richtung ändert.
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Wechselanteil des Moments an der Kurbelwelle eines mit einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeugs zu reduzieren.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Reduzierung eines Wechselmoments nach Anspruch 1, eine Vorrichtung zur Reduzierung eines Wechselmoments nach Anspruch 11 sowie ein entsprechend ausgestaltetes Kraftfahrzeug nach Anspruch 16 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Reduzierung eines Wechselmoments in einem sich drehenden Antriebsstrang eines Fahrzeugs bereitgestellt. Dabei wird von einer Elektromaschine derart ein Moment auf den Antriebsstrang aufgebracht, dass dieses Moment dem Wechselmoment entgegenwirkt, um so einen Wechselanteil des auf dem Antriebsstrang aufgebrachten Drehmoments zu verringern. Die Elektromaschine speichert dabei abhängig von einem Drehwinkel des Antriebsstrangs Kompensationsenergie und gibt diese Kompensationsenergie derart an den Antriebsstrang ab, dass dadurch das Wechselmoment reduziert wird. Die Elektromaschine wird dabei mit elektrischer Energie betrieben, welche unabhängig von dem Wechselmoment ist.
  • Indem die elektrische Energie, mit welcher die Elektromaschine betrieben wird, unabhängig von dem Wechselmoment ist, benötigt das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise keine aufwändige Steuerung der der Elektromaschine zugeführten elektrischen Energie, wie dies beispielsweise bei einer aktiven Schwingungsdämpfung durch eine im Antriebsstrang integrierte Elektromaschine nach dem Stand der Technik der Fall ist. Eine solche Elektromaschine nach dem Stand der Technik wird nämlich derart mit elektrischer Energie versorgt, dass das von der Elektromaschine erzeugte Moment den Wechselanteil des Moments an dem Antriebsstrang möglichst reduziert. Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Elektromaschine zur Schwingungsdämpfung können auch andere zur Reduzierung der Schwingungen nach dem Stand der Technik verwendete Bauteile (z.B. Einmassenschwungrad, Zweimassenschwungrad, als Kurbelwellendämpfer wirkende Masse oder Trägheit) vorteilhafterweise vermieden werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Elektromaschine passiv als Drehschwingungsdämpfer zur Reduzierung des Wechselmoments eingesetzt. Dabei werden typische Rastmomente der Elektromaschine nicht konstruktiv verringert, wie es nach dem Stand der Technik üblich ist, sondern antizyklisch zu dem Wechselanteil der durch den Verbrennungsmotor erzeugten Schwingungen eingestellt.
  • Unter einem Rastmoment wird dabei ein Moment verstanden, welches einem in Antriebsvorrichtung erzeugten Drehmoment der Elektromaschine entgegenwirkt. Das Rastmoment entsteht durch Veränderungen des magnetischen Widerstands in Abhängigkeit von dem Drehwinkel eines Rotors der Elektromaschine gegenüber einem Stator der Elektromaschine. Die Veränderungen des magnetischen Widerstands entstehen beispielsweise durch die unvermeidliche Nutung des Ankers bzw. Rotors, wodurch über den Umfang unterschiedliche Luftspaltdicken zwischen Rotor und Stator entstehen. Dadurch entsteht wiederum ein sich drehwinkelabhängig änderndes magnetisches Potential oder eine Energie. Da die Natur einen energieminimalen Punkt anstrebt, entsteht ein entsprechendes drehwinkelabhängiges Reaktionsmoment, welches als Rastmoment bezeichnet wird. Bei geschalteten Relaktanzmaschinen wird dieses Rastmoment zur Erzeugung des Antriebsmoments ausgenutzt.
  • Die Art der Schwingungseinkopplung durch den Verbrennungsmotor hat nun die Eigenschaft, dass der Wechselanteil des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments in einem bestimmten Verhältnis zu dem Drehwinkel steht, also wie das Rastmoment oder die Kompensationsenergie auch drehwinkelabhängig ist. Nach dem Stand der Technik bekannte Torsionsdämpfer nutzen diese Beziehung bzw. die Drehwinkelabhängigkeit des Wechselanteils nicht aus, da diese bekannten Torsionsdämpfer auch stochastisch verteilte Schwingungen mit einer beliebigen Phase dämpfen können. Dagegen nutzt das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise die drehwinkelabhängige Kompensationsenergie der Elektromaschine aus, um den ebenfalls drehwinkelabhängigen Wechselanteil des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments zu verringern.
  • Die Kompensationsenergie wird insbesondere mittels eines drehfesten Bauteils, z.B. mittels des Stators, der Elektromaschine gespeichert. Dies steht beispielsweise im Gegensatz zu dem nach dem Stand der Technik zur Schwingungsdämpfung eingesetzten Zweimassenschwungrad, bei welchem kein drehfestes Bauteil existiert.
  • Darüber hinaus ist die Kompensationsenergie insbesondere eine in einem Luftspalt der Elektromaschine gespeicherte Kompensationsenergie, weshalb diese Kompensationsenergie auch als magnetische Luftspaltenergie bezeichnet wird.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Verlauf der gespeicherten Kompensationsenergie der Elektromaschine bezüglich des Drehwinkels in der Phase gegenüber einem Verlauf des Wechselmoments verschoben. Durch diesen Phasenversatz des Verlaufs der Kompensationsenergie gegenüber dem Verlauf des Wechselmoments kann die Kompensationsenergie vorteilhafterweise zur Reduzierung des Wechselmoments eingesetzt werden.
  • Die von der Elektromaschine gespeicherte Kompensationsenergie oder ein magnetisches Potenzial der Elektromaschine kann erfindungsgemäß wie folgt erzeugt werden:
    • • Durch mit elektrischer Energie betriebene Spulen.
    • • Durch Magnete, welche in einem Rotor und in einem Stator der Elektromaschine angeordnet sind
    • • Durch Magnete in dem Stator und durch Materialausformungen in dem Rotor.
    • • Durch Magnete in dem Rotor und durch Materialausformungen in dem Stator.
  • Dabei werden unter Materialausformungen Nuten verstanden, welche mit elektrisch leitenden Wicklungen versehen sind, durch welche zum Antrieb ein Strom fließt. Durch diese Materialausformungen wird der Reluktanzeffekt bei der Elektromaschine ausgenutzt.
  • Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Anordnung und eine Anzahl der Magnete und eine Anordnung und eine Anzahl der Materialausformungen derart gewählt, dass das Wechselmoment bei einem definierten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, beispielsweise bei einer bestimmten Drehzahl des Verbrennungsmotors, maximal reduziert wird.
  • Ein Verlauf des von der Elektromaschine erzeugten Moments kann abhängig von dem Drehwinkel über 360° eine Anzahl von Maximalwerten aufweisen, welche ein Vielfaches der Hälfte der Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors ist. Wenn der Verbrennungsmotor also beispielsweise vier Zylinder umfasst, weist der Verlauf des von der Elektromaschine erzeugten Moments über 360° des Drehwinkels (entspricht meist einer vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle) insbesondere eine durch zwei teilbare Anzahl von Maximalwerten auf.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zur Reduzierung eines Wechselmoments in einem sich drehenden Antriebsstrang eines Fahrzeugs bereitgestellt, wobei der Antriebsstrang durch einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben wird. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Elektromaschine. Diese Elektromaschine bringt ebenfalls ein Moment auf den Antriebsstrang auf, wobei dieses von der Elektromaschine erzeugte Moment dem Wechselmoment entgegenwirkt. Dazu speichert die Elektromaschine abhängig von dem Drehwinkel des Antriebsstrangs derart Kompensationsenergie und gibt diese derart ab, dass das Wechselmoment reduziert wird. Dabei wird der Elektromaschine zur Erzeugung dieses dem Wechselmoment entgegenwirkenden Moments elektrische Energie zugeführt, welche unabhängig von dem Wechselmoment ist.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, weshalb hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
  • Dabei kann die Elektromaschine entweder eine permanentmagneterregte Synchronmaschine oder eine reine Reluktanzmaschine sein.
  • Dabei wird unter einer permanentmagneterregte Synchronmaschine, welche häufig auch als Drehstrom-Synchronmaschine bezeichnet wird, ein elektromechanischer Wandler verstanden, welcher als Elektromotor mit Drehstrom betrieben wird oder als Generator Drehstrom erzeugt. Die permanentmagneterregte Synchronmaschine besitzt in der Regel eine Statorwicklung (meist außen), welche ein magnetisches Drehfeld erzeugt bzw. in welcher eine elektrische Spannung induziert wird, und einen Rotor (meist innen), welcher zur Felderzeugung Permanentmagnete trägt.
  • Eine reine Reluktanzmaschine bzw. Reluktanzmotor ist eine Bauform eines Elektromotors, bei welcher in der Regel der Rotor aus einem weichmagnetischen Material (z.B. Eisen) besteht und der Stator die Magnetspulen enthält. Der Rotor ist in diesem Fall weder mit Permanentmagneten bestückt noch bestromt. Er besitzt ausgeprägte Pole aus weichmagnetischem Material.
  • Die Elektromaschine weist insbesondere Bereiche mit einem geringen magnetischen Widerstand und Bereiche mit einem hohen magnetischen Widerstand auf. Dadurch ist die Elektromaschine vorteilhafterweise in der Lage, abhängig von dem Drehwinkel des Antriebsstrangs Kompensationsenergie zu speichern und abzugeben, um dadurch den Wechselanteil bei dem insgesamt auf den Antriebsstrang wirkenden Moment zu reduzieren.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, welches einen Verbrennungsmotor, einen Antriebsstrang, um eine von dem Verbrennungsmotor erzeugte Leistung auf die Räder des Kraftfahrzeugs zu übertragen, und eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Elektromaschine umfasst. Dabei befinden sich sowohl der Verbrennungsmotor als auch die Elektromaschine mit dem Antriebsstrang in Eingriff oder die Elektromaschine ist insbesondere in dem Antriebsstrang integriert.
  • Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein Mildhybridfahrzeug handeln.
  • Bei einem Mildhybridfahrzeug unterstützt die Elektromaschine den Verbrennungsmotor zur Leistungssteigerung (boosten) oder zur Effizienzsteigerung. Dabei ist die Elektromaschine direkt mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt. Die Rückgewinnung der Bremsenergie ist möglich. Die Leistung der Elektromaschine liegt insbesondere in einem Bereich von 6 bis 14 kW/t Fahrzeuggewicht.
  • Bei der Montage sollte ein vorbestimmter Phasenversatz bzw. eine vorbestimmte Phase zwischen dem Stator und der Kurbelwelleposition berücksichtigt werden. Können sich, beispielsweise durch den Einsatz einer Trennkupplung, die Kurbelwelle und der Rotor der Elektromaschine gegeneinander verdrehen, sollte ein Verfahren vorhanden sein, dass gewährleistet, dass der vorbestimmte Phasenversatz beispielsweise nach einer Einkupplung wieder vorliegt.
  • Der bevorzugte Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist ein mit einem Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsfall beschränkt, sondern die vorliegende Erfindung kann beispielsweise auch bei Schiffen, Flugzeugen oder gleisgebundenen Fahrzeugen eingesetzt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Erfindung zur Reduzierung eines Wechselmoments in einem sich drehenden Antriebsstrang einzusetzen, wobei der Antriebsstrang zu einer sich nicht örtlich bewegenden Vorrichtung, z.B. zu einem Kran oder zu einer Förderbandvorrichtung, gehört.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
    • In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 10 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 12 dargestellt.
    • In 2 ist dargestellt, wie eine Elektromaschine eine potentielle Energie abhängig von einem Drehwinkel speichert.
    • In 3 ist eine erfindungsgemäße permanentmagneterregte Synchronmaschine dargestellt.
  • In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 10 dargestellt. Dieses Kraftfahrzeug 10 umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung 12, einen Antriebsstrang 2 und einen Verbrennungsmotor 3. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 12 umfasst ihrerseits eine Elektromaschine 1 und eine Spannungsquelle 4, welche die Elektromaschine 1 mit einer elektrischen Energie versorgt. Sowohl der Verbrennungsmotor 3 als auch die Elektromaschine 1 befinden sich mit dem Antriebsstrang 2 in Eingriff, über welchen Räder (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 10 angetrieben werden.
  • Der Verbrennungsmotor 3 bringt ein Drehmoment auf den Antriebsstrang 2 auf, welches einen hohen Wechselanteil aufweist. Ein von der Elektromaschine 1 auf den Antriebsstrang 2 aufgebrachtes Drehmoment wirkt diesem Wechselanteil entgegen, so dass ein prozentualer Wechselanteil eines Gesamtdrehmoments des Antriebsstrangs 2, welches sich aus dem von dem Verbrennungsmotor 3 und dem von der Elektromaschine 1 erzeugten Drehmoment zusammensetzt, geringer ist als der prozentuale Wechselanteil des von dem Verbrennungsmotor 3 aufgebrachten Drehmoments. Mit anderen Worten wird der Wechselanteil des Drehmoments des Antriebsstrangs 2 durch die Elektromaschine 1 reduziert. Dabei ist die der Elektromaschine 1 von der Spannungsquelle 4 zugeführte Spannung von dem Wechselanteil des auf den Antriebsstrang 2 wirkenden Drehmoments unabhängig.
  • Mit 2 soll im Folgenden ausgeführt werden, wie eine Elektromaschine 1 abhängig von einem Drehwinkel 11 potentielle Energie speichert. Bei der in 2 dargestellten Elektromaschine 1 sind sowohl in einem Rotor bzw. in einer Welle 6 als auch in einem Stator bzw. in einem drehfesten Bauteil 5 der Elektromaschine 1 Permanentmagnete 9 mit einer radialen Magnetisierung eingelassen. Unter dem in 2 abgebildeten Drehwinkel 11 des Rotors 6 gegenüber dem Stator 5 treten zwischen den Permanentmagneten 9 maximale Abstoßungskräfte auf, so dass die Elektromaschine 1 in dieser Stellung eine maximale potentielle Energie speichert. Mit anderen Worten speichert die Elektromaschine 1 bei einem Hereindrehen in die in 2 dargestellten Stellung in Form der Abstoßung zwischen den Permanentmagneten 9 potentielle Energie und gibt diese potentielle Energie beim Herausdrehen aus dieser Stellung wieder ab.
  • Eine von der Elektromaschine 1 erzeugte Schwingungsreduzierung ist also wie eine Drehmomenteinkopplung durch die Elektromaschine 1 abhängig von dem Drehwinkel 11 und kann derart mit den Gegebenheiten des Verbrennungsmotors 3, welcher sich zusammen mit der Elektromaschine 1 mit dem Antriebsstrang 2 in Eingriff befindet, abgestimmt werden, dass der Wechselanteil optimal reduziert wird. Dazu kann zum einen der Phasenversatz zwischen dem Rotor 6, welcher mit dem Antriebsstrang 2 gekoppelt ist, und dem Stator 5 und zum anderen eine Anzahl von Schwingungen des von der Elektromaschine 1 erzeugten Drehmoments pro Umdrehung des Rotors 6 derart angepasst werden, dass der Wechselanteil optimal reduziert wird. Beispielsweise kann die Elektromaschine 1 derart ausgestaltet werden, dass ein Verlauf des von der Elektromaschine 1 erzeugten Drehmoments bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors 6 eine Anzahl von Maximalwerten (gleich eine Anzahl von Schwingungen) aufweist, welche durch die Hälfte der Anzahl der Zylinder des Verbrennungsmotors 3 teilbar ist.
  • In 3 ist eine erfindungsgemäße permanentmagneterregte Synchronmaschine 1 dargestellt. Dabei sind Nuten 8 mit Wicklung derart im Stator 5 angeordnet, dass ein möglichst hohes Rastmoment entsteht. Indem die in 3 dargestellte Elektromaschine 1 in der Umfangsrichtung vier relativ große Abstände bzw. Lücken zwischen jeweils zwei Dreiergruppen der Nuten 8 mit Wicklungen aufweist, ist dieses Rastmoment bei der in 3 dargestellten Elektromaschine 1 größer als bei einer permanentmagneterregten Synchronmaschine nach dem Stand der Technik, bei welcher auch in diesen vier Lücken jeweils eine Nut 8 mit Wicklung angeordnet ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Elektromaschine
    2
    Antriebsstrang
    3
    Verbrennungsmotor
    4
    Spannungsquelle
    5
    Stator
    6
    Rotor
    7
    Luftspalt
    8
    Nuten mit Wicklung
    9
    Permanentmagnet
    10
    Kraftfahrzeug
    11
    Drehwinkel
    12
    Vorrichtung

Claims (18)

  1. Verfahren zur Reduzierung eines Wechselmoments in einem sich drehenden Antriebsstrang (2) eines Fahrzeugs (10), wobei der Antriebsstrang (2) von einem Verbrennungsmotor (3) des Fahrzeugs (10) angetrieben wird, wobei ein Moment von einer Elektromaschine (1) auf den Antriebsstrang (2) aufgebracht wird, so dass dieses Moment dem Wechselmoment entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass von der Elektromaschine (1) abhängig von einem Drehwinkel (11) des Antriebsstrangs (2) derart Kompensationsenergie gespeichert und abgegeben wird, dass das Wechselmoment reduziert wird, dass der Elektromaschine (1) zum Antrieb der Elektromaschine (1) von dem Wechselmoment unabhängige elektrische Energie zugeführt wird, und dass Rastmomente der Elektromaschine (1) antizyklisch zu einem Wechselanteil von durch den Verbrennungsmotor (3) erzeugten Schwingungen eingestellt sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsenergie mittels eines drehfesten Bauteils (5) der Elektromaschine (1) gespeichert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsenergie eine in einem Luftspalt (7) der Elektromaschine (1) gespeicherte Kompensationsenergie ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf der gespeicherten Kompensationsenergie bezüglich des Drehwinkels (11) phasenverschoben gegenüber einem Verlauf des Wechselmoments ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsenergie durch mit der elektrischen Energie betriebene Spulen (8) erzeugt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsenergie durch Magnete (9) erzeugt wird, welche in einem Rotor (6) und in einem Stator (5) der Elektromaschine (1) vorhanden sind.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsenergie durch Magnete (9) in einem Stator (5) der Elektromaschine (1) und durch Materialausformungen (8) in einem Rotor (6) der Elektromaschine (1) erzeugt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsenergie durch Magnete (9) in einem Rotor (6) der Elektromaschine (1) und durch Materialausformungen (8) in einem Stator (5) der Elektromaschine (1) erzeugt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung und Anzahl der Magneten (9) und eine Anordnung und Anzahl der Materialausformungen (8) so gewählt werden, dass das Wechselmoment bei einem definierten Betriebszustand des Verbrennungsmotors (3) maximal reduziert wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf des Moments der Elektromaschine (1) über dem Drehwinkel (11) über 360° eine Anzahl von Maximalwerten aufweist, welche ein Vielfaches einer Hälfte einer Anzahl von Zylindern des Verbrennungsmotors (3) ist.
  11. Vorrichtung zur Reduzierung eines Wechselmoments in einem sich drehenden Antriebsstrang (2) eines Fahrzeugs (10), welcher durch einen Verbrennungsmotor (3) angetrieben wird, wobei die Vorrichtung (12) eine Elektromaschine (1) umfasst, und wobei die Elektromaschine (1) zum Aufbringen eines Moments auf den Antriebsstrang (2) derart ausgestaltet ist, dass dieses Moment dem Wechselmoment entgegenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) derart ausgestaltet ist, dass die Elektromaschine (1) abhängig von einem Drehwinkel (11) des Antriebsstrangs (2) derart Kompensationsenergie speichert und abgibt, dass das Wechselmoment reduziert wird, dass der Elektromaschine (1) zum Antrieb der Elektromaschine (1) von dem Wechselmoment unabhängige elektrische Energie zugeführt wird, und dass Rastmomente der Elektromaschine (1) antizyklisch zu einem Wechselanteil von durch den Verbrennungsmotor (3) erzeugten Schwingungen eingestellt sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (1) eine permanentmagneterregte Synchronmaschine ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (1) eine reine Reluktanzmaschine ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (1) Bereiche mit geringem magnetischen Widerstand und Bereiche mit hohem magnetischem Widerstand aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (12) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10 ausgestaltet ist.
  16. Kraftfahrzeug, welches einen Verbrennungsmotor (3), einen Antriebsstrang (2) und eine Vorrichtung (12) nach einem der Ansprüche 11-15 umfasst, wobei sich der Verbrennungsmotor (3) und die Elektromaschine (1) mit dem Antriebsstrang (2) in Eingriff befinden.
  17. Kraftfahrzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (1) in dem Antriebsstrang (2) integriert ist.
  18. Kraftfahrzeug nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (10) ein Mildhybridfahrzeug ist.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19631384C1 (de) 1996-08-02 1997-10-16 Clouth Gummiwerke Ag Elektrische Maschine in einem Antriebsstrang, z. B. eines Kraftfahrzeuges
DE19709299A1 (de) 1997-03-06 1998-09-17 Isad Electronic Sys Gmbh & Co Vorrichtung zur Verringerung von Drehungleichförmigkeiten und Verfahren hierzu
DE19913015A1 (de) 1999-03-23 2000-09-28 Mannesmann Sachs Ag Schwingungsdämpfungssystem
DE10038281B4 (de) 2000-08-04 2006-08-17 Zf Sachs Ag Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion von Schwingungen in einem Antriebssystem

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19631384C1 (de) 1996-08-02 1997-10-16 Clouth Gummiwerke Ag Elektrische Maschine in einem Antriebsstrang, z. B. eines Kraftfahrzeuges
DE19709299A1 (de) 1997-03-06 1998-09-17 Isad Electronic Sys Gmbh & Co Vorrichtung zur Verringerung von Drehungleichförmigkeiten und Verfahren hierzu
DE19913015A1 (de) 1999-03-23 2000-09-28 Mannesmann Sachs Ag Schwingungsdämpfungssystem
DE10038281B4 (de) 2000-08-04 2006-08-17 Zf Sachs Ag Verfahren und Vorrichtung zur Reduktion von Schwingungen in einem Antriebssystem

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