DE102008040500A1 - Antriebsstrang für ein Hybrid-Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Antriebsstrang für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, der eine Brennkraftmaschine (1) und eine Elektromaschine mit einem Stator (5) und einem Rotor (4) aufweist, wobei die Brennkraftmaschine (1) oder der Rotor (4) der Elektromaschine (4, 5) jeweils alleine oder beide zusammen mittels wenigstens einer Kupplung mit einer Getriebeeingangswelle (6) verbindbar sind. Um elektrische Verluste der Elektromaschine (4, 5) in deren Leerlauf zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren ist der Stator (5) derselben in einem Gehäuse (7) drehbar gelagert und bei Bedarf mittels einer Kupplung (10) mit dem Gehäuse (7) drehfest verbindbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, das eine Brennkraftmaschine und einen Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor aufweist, wobei die Brennkraftmaschine oder der Rotor der Elektromaschine jeweils alleine oder beide zusammen mittels wenigstens einer Kupplung mit einer Getriebeeingangswelle verbindbar sind.
  • Ein derartiger Antriebsstrang ist in der DE 11 2005 001 586 A1 beschrieben. Der Antriebsstrang besteht aus einer mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Antriebswelle, einer mit der Antriebswelle und einer Getriebeeingangswelle verbundenen Kupplung sowie mit einer weiteren, einen Rotor einer Elektromaschine mit der Getriebeeingangswelle kuppelbaren Kupplung. Konzentrisch zum Rotor ist ein gehäusefester Stator angeordnet, so dass wahlweise die Brennkraftmaschine oder die aus dem Stator und Rotor bestehende Elektromaschine oder beide zusammen mit der Getriebeeingangswelle verbindbar sind.
  • Bei einer solchen Anordnung mit einem permanent erregten Rotor wird es als nachteilig beurteilt, dass der Rotor der Elektromaschine auch dann angetrieben wird, wenn die Brennkraftmaschine mit der Getriebeeingangswelle gekuppelt ist und der Rotor sozusagen leer mitläuft. Bei dieser Betriebsweise wird die Elektromaschine also weder motorisch noch generatorisch betrieben. Dabei entstehen elektrische Verluste, die besonders hoch sind, wenn der Elektromaschine als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgebildet ist, da in den Wicklungen der Elektromaschine hohe Spannungen induziert werden, die durch eine entgegengesetzt gerichtete Spannungsbeaufschlagung ausgeglichen werden müssen, um einen zu hohen, induzierten Spannungsanstieg zu vermeiden, der die Leistungselektronik der Elektromaschine beschädigen kann.
  • Der Anteil dieser Verluste kann im höheren Drehzahlbereich auf bis zu 10% der Leistung der Elektromaschine ansteigen.
  • Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Leerlaufverluste einer solchen Elektromaschine in einem Hybrid-Antriebsstrang mit einfachen Mitteln weitestgehend zu beseitigen und die Beaufschlagung der Wicklungen der Elektromaschine mit einer Gegenspannung, die regeltechnisch aufwendig ist, zu vermeiden.
  • Gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs geht die Erfindung daher aus von einem Antriebsstrang für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, der eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine mit einem Stator und einem Rotor aufweist, wobei die Brennkraftmaschine oder der Rotor der Elektromaschine jeweils alleine oder beide zusammen mittels wenigstens einer Kupplung mit einer Getriebeeingangswelle verbindbar sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Hybrid-Antriebsstrang zudem vorgesehen, dass der Stator in einem Gehäuse drehbar gelagert und bei Bedarf, also bei elektromotorischem oder generatorischen Betrieb, mittels einer Kupplung mit dem Gehäuse drehfest verbindbar ist.
  • Im Leerlauf der Elektromaschine, wenn diese also weder motorisch noch generatorisch betrieben wird, wird die Kupplung zwischen dem Stator und dem Gehäuse gelöst, so dass sich der Stator frei drehen kann. Dadurch wird der Stator aufgrund elektromagnetischer Kräfte vom Rotor zu einer Drehung in der Statorlagerung veranlasst, so dass der Schlupf zwischen dem Stator und dem Rotor im Leerlauf sehr gering oder gleich Null ist und dementsprechend auch keine gefährliche Leerlaufspannung in den Wicklungen der Elektromaschine induziert wird.
  • Es ist zwar nicht zwingend erforderlich, den Stator synchron mit dem Rotor mitdrehen zu lassen, jedoch ist es auf einfache Weise möglich, auch zwi schen dem Stator und dem Rotor eine Kupplung anzuordnen, die darin bestehen kann, dass der Wicklung des Stators der Elektromaschine Strom zugeführt wird, wobei diese Stromzufuhr, wenn die Elektromaschine als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgebildet ist, durch Gleichstrom erfolgt. In diesem Fall entsteht zwischen dem Rotor und dem Stator noch ein nur durch die Lagerreibung bedingter, geringfügiger Schlupf, der sich jedoch vollständig beseitigen lässt, wenn zwischen dem Stator und dem Rotor eine mechanische Reibungskupplung angeordnet ist und diese geschlossen wird.
  • Wenn der Stator der Elektromaschine Wicklungen aufweist, denen Strom zugeführt wird, wenn der Elektromaschine Leistung an die Abtriebswelle abgibt, oder wenn der Elektromaschine als Generator angetrieben wird und Leistung an eine Fahrzeugbatterie abgibt, ist eine elektrische Verbindung zwischen dem Gehäuse des Stators und dem Stator erforderlich, die vorteilhafterweise über Schleifringe erfolgt.
  • Die Kupplung zwischen dem Stator und dem Rotor der Elektromaschine kann aber auch mittels einer Reibkupplung erfolgen, die den drehbar gelagerten Stator mit der den Rotor tragenden Rotorwelle bedarfsweise verbindet.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung erläutert. In dieser zeigt
  • 1 eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs mit einer Kupplung zwischen der Brennkraftmaschine und einer Getriebeeingangswelle sowie einer Kupplung zwischen dem Stator und dem Rotor einer Elektromaschine,
  • 2 eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs mit einer Kupplung zwischen der Brennkraftmaschine, dem Rotor der Elektromaschine und einer weiteren Kupplung zwischen dem Rotor der Elektromaschine sowie der Getriebeeingangswelle, und
  • 3 eine schematische Darstellung des Antriebsstrangs mit nur einer Kupplung zwischen dem Rotor der Elektromaschine und der Getriebeeingangswelle.
  • Eine nur schematisch dargestellte Brennkraftmaschine 1 ist über eine Antriebswelle 2 und eine Schaltkupplung 3 mit einer Getriebeeingangswelle 6 kuppelbar. Auf der Getriebeeingangswelle 6 ist drehfest ein Rotor 4 einer einen Stator 5 aufweisenden Elektromaschine befestigt. Der Stator 5 der Elektromaschine ist in einem Getriebegehäuse 7 drehbar gelagert, und die Stromzufuhr zu Wicklungen des Stators 5 erfolgt über Schleifringe 8, die mit Stromanschlüssen 9 am Gehäuse 7 zusammenwirken.
  • Der Stator 5 ist mittels einer Schaltkupplung 10 mit dem Gehäuse 7 drehfest verbindbar. Soll die aus dem Rotor 4 und dem Stator 5 bestehende Elektromaschine die Getriebeeingangswelle 6 alleine antreiben, ist die Schaltkupplung 3 ausgerückt und die Gehäusekupplung 10 eingerückt, so dass der Stator 5 drehfest mit dem Gehäuse 7 verbunden ist und durch eine gesteuerte Stromversorgung der Wicklungen des Stators 5 eine Antriebskraft des Rotors 4 erzeugt wird. Durch Einrücken der Schaltkupplung 3 lässt sich die Leistung der Brennkraftmaschine 1 zusätzlich über die Antriebswelle 2 und die Getriebeeingangswelle 6 auf ein nicht dargestelltes Getriebe übertragen.
  • Wird nur die Leistung der Brennkraftmaschine 1 benötigt, bleibt die Schaltkupplung 3 eingerückt, die Gehäusekupplung 10 wird ausgerückt und die Stromzufuhr zum Stator 5 unterbrochen. Der Stator 5 kann sich dann frei mit dem Rotor 4 mitdrehen, so dass keine hohe, gefährliche Leerlaufspannung in den Wicklungen des Stators 5 induziert wird. Insbesondere, wenn die Elektromaschine als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgebildet ist und die Permanentmagneten im Rotor 4 angeordnet sind, ist dieser Mitnahmeeffekt besonders ausgeprägt.
  • Zusätzlich ist es auch möglich, zwischen dem Stator 5 und der Rotorwelle 13 eine weitere mechanische Reibungskupplung 11 anzuordnen, die im Leerlauf der Elektromaschine 4, 5 eine drehfeste Verbindung zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 5 herstellt.
  • Eine weitere Möglichkeit, den Stator 5 mit dem Rotor 4 zu koppeln besteht darin, den Stator 5 mit einer Gleichspannung über die Schleifringe 8 und die Stromanschlüsse 9 zu beaufschlagen, da dann der Rotor 4 und der Stator 5 wie eine elektromagnetische Kupplung mit sehr geringen Schlupf wirken.
  • In 2 ist eine zusätzliche, ausgangsseitige Schaltkupplung 12 dargestellt, durch die der Rotor 4 mit der Getriebeeingangswelle 6 koppelbar oder entkoppelbar ist, während in 3 die eingangsseitige Schaltkupplung 3 entfallen ist, die ausgangsseitige Schaltkupplung 12 jedoch vorhanden ist.
  • Allen drei Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass der Stator 4 im Gehäuse 7 drehbar gelagert ist und sich mit dem Gehäuse 7 mittels einer Gehäusekupplung 10 dort ankuppeln lässt bzw. entkuppeln lässt. Zusätzlich kann eine Kupplung 11 zwischen dem Rotor 4 und dem Stator 5 vorgesehen sein, die als mechanische Reibungskupplung ausgebildet sein kann oder als Elektromagnetkupplung durch den Rotor 4 und den Stator 5 gebildet ist.
    • 1
    Brennkraftmaschine
    2
    Antriebswelle
    3
    Schaltkupplung
    4
    Rotor
    5
    Stator
    6
    Getriebeeingangswelle
    7
    Gehäuse, Getriebegehäuse
    8
    Schleifringe
    9
    Stromanschlüsse
    10
    Gehäusekupplung
    11
    Wellenkupplung
    12
    Schaltkupplung
    13
    Rotorwelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 112005001586 A1 [0002]

Claims (7)

  1. Antriebsstrang für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, der eine Brennkraftmaschine (1) und einen Elektromaschine mit einem Stator (5) und einem Rotor (4) aufweist, wobei die Brennkraftmaschine (1) oder der Rotor (4) der Elektromaschine (4, 5) jeweils alleine oder beide zusammen mittels wenigstens einer Kupplung mit einer Getriebeeingangswelle (6) kuppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) in einem Gehäuse (7) drehbar gelagert und mittels einer Kupplung (10) mit dem Gehäuse (7) drehfest verbindbar ist.
  2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) mittels einer Kupplung (11) mit dem Rotor (4) verbindbar ist.
  3. Antriebsstrang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (5) mit Wicklungen versehen ist und die Stromzufuhr zu diesen Statorwicklungen über Schleifringe (8) erfolgt.
  4. Antriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung zwischen dem Stator (5) und dem Rotor (4) durch Stromzufuhr zu den Statorwicklungen erfolgt.
  5. Antriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromaschine als permanentmagneterregter Synchronmotor ausgebildet ist und die Kupplung zwischen dem Stator (5) und dem Rotor (4) durch Gleichstromzufuhr zu den Statorwicklungen erfolgt.
  6. Antriebsstrang nach einem der vorherigen Ansprüche, ge kennzeichnet durch eine mechanische Reibungskupplung (11) zwischen dem Stator (5) und dem Rotor (4) der Elektromaschine.
  7. Antriebsstrang nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mechanische Reibungskupplung (11) zwischen dem Stator (5) und der den Rotor (4) tragenden Rotorwelle (13).
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