DE102008047135A1

DE102008047135A1 - Antriebsstrang mit einem an einem Drehmomentwandler montierten Generator für elektrische Leistung mit mehreren Spannungen und Verfahren, um diesen zusammenzubauen

Info

Publication number: DE102008047135A1
Application number: DE200810047135
Authority: DE
Inventors: Robert Franklin Mulberry Combs; David J. Indianapolis Sagers; Leroy K. Brownsburg Johnson
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2009-07-30
Also published as: CN101391581B; US7863764B2; CN101391581A; US20090071784A1

Abstract

Es wird ein an einem Drehmomentwandler montierter Generator bereitgestellt, der zusammen mit einer Leistungselektronik mindestens zwei Typen eines elektrischen Leistungsausgangs bietet und an einem Getriebe angebracht werden kann, ohne die axiale Länge eines Antriebsstrangs im Vergleich zu einem Antriebsstrang mit einem identischen Getriebe und einem Drehmomentwandler, der keinen daran montierten Generator aufweist, zu beeinträchtigen. Verschiedene an einem Drehmomentwandler montierte Generatoren und Leistungselektronikkonfigurationen, die unterschiedliche Kombinationen elektrischer Leistungsspannungen bereitstellen, können zur Verwendung mit einem gegebenen Getriebetyp geboten werden, was eine Flexibilität beim Erfüllen von Kundenbedürfnissen ermöglicht, ohne einen Zusammenbau der Antriebsstränge übermäßig zu beeinträchtigen. Ein Verfahren zum Zusammenbauen von Getrieben wird ebenfalls bereitgestellt.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang mit einem an einem Drehmomentwandler montierten Generator und ein Verfahren, um Antriebsstränge zusammenzubauen.
Hintergrund der Erfindung
Kraftfahrzeuge, insbesondere diejenigen vom militärischen oder Handelstyp umfassen oft Leistungsentnahmeeinheiten oder Zusatzeinrichtungen, die mit dem Motor und Getriebe des Fahrzeugs verbunden sind, um elektrische Leistung für externe oder "fahrzeugfremde" Verwendungen, wie etwa ein Versorgen industrieller Geräte oder Werkzeuge mit Leistung, bereitzustellen. Derartige Leistungsentnahmeeinheiten und Zusatzeinrichtungen benötigen einen Installationsprozess, der eine wesentliche Zeitspanne benötigt. Zudem wird die axiale Gesamtlänge des Getriebes durch den Einbau dieser Einrichtungen in den Antriebsstrang des Fahrzeugs deutlich erhöht. Die Anwendung eines speziellen Getriebetyps durch verschiedene Kunden variiert über einen weiten Bereich, genauso wie der fahrzeugeigene und fahrzeugfremde Leistungsbedarf.
Zusammenfassung der Erfindung
Es wird ein an einem Drehmomentwandler montierter Generator bereitgestellt, der zusammen mit einer Leistungselektronik mindestens zwei Ausgangsspannungen für elektrische Leistung bietet und an einem Getriebe angebracht werden kann, ohne die axiale Länge eines Antriebsstrangs im Vergleich zu einem Antriebsstrang mit einem identischen Getriebe und einem Drehmomentwandler, der keinen daran montierten Generator aufweist, zu beeinträchtigen. Es können verschiedene an einem Drehmomentwandler montierte Generatoren und Leistungselektronikkonfigurationen, die verschiedene Kombinationen von Leistungsausgangsspannungen bereitstellen, zur Verwendung mit einem gegebenen Getriebetyp geboten werden, was eine Flexibilität beim Erfüllen von Kundenbedürfnissen ermöglicht, ohne einen Zusammenbau der Antriebsstränge übermäßig zu beeinträchtigen.
Insbesondere umfasst ein Antriebsstrang im Umfang der Erfindung ein in einem Getriebegehäuse untergebrachtes Getriebe und einen Drehmomentwandler, der mit dem Getriebe wirksam verbunden und in einem Drehmomentwandlergehäuse untergebracht ist. Das Drehmomentwandlergehäuse ist an dem Getriebegehäuse befestigt. Ein Generator mit einem Rotor ist an dem Drehmomentwandler befestigt. Der Generator weist auch einen Stator auf, der an dem Drehmomentwandlergehäuse befestigt ist. Eine Leistungselektronik ist mit dem Generator wirksam verbunden. Der Generator und die Leistungselektronik sind ausgestaltet, um elektrische Leistung mit mehreren Spannungen bereitzustellen. Die Spannung kann eine relativ niedrige Spannung sein, die zum Versorgen von fahrzeugeigenem Zubehör mit Leistung benötigt wird, während eine weitere Spannung eine relativ hohe Spannung für fahrzeugfremde Leistungsbedürfnisse sein kann. Bei der Verwendung hierin bezieht sich "fahrzeugeigen" auf Kompo nenten, die mit dem Fahrzeug normalerweise immer verbunden sind, einschließlich der Zeit, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, wohingegen „fahrzeugfremde" Komponenten diejenigen sind, die mit dem Fahrzeug nicht zusammengebaut sind und mit dem Fahrzeug typischerweise nur verbunden sind, wenn es stationär ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Generator elektrische Leistung mit zwei oder mehr unterschiedlichen Spannungen erzeugen, wie etwa, wenn der Stator erste und zweite Sätze von Statorsegmenten umfasst, die ausgelegt sind, um die zwei unterschiedlichen elektrischen Spannungen zu liefern. Alternativ kann der Generator elektrische Leistung mit nur einer Spannung erzeugen, die dann durch unterschiedliche Komponenten der Leistungselektronik in unterschiedliche Spannungen für eine elektrische Leistungsausgabe umgewandelt wird.
Bei einer Ausführungsform ist die Leistungselektronik so ausgestaltet, dass sie elektrische Leistung an den Stator liefert, um den Rotor anzutreiben, wodurch der Generator in einem Fahrmodus betrieben wird, um den Motor zu starten und/oder um gemeinsam mit dem Motor Drehmoment an das Getriebe zu liefern.
Innerhalb des Umfangs der Erfindung kann das Konzept des an einem Drehmomentwandler montierten Generators weiträumig variieren. Zum Beispiel kann der Stator und Rotor mit einem radialen Spalt oder einem axialen Spalt ausgestaltet sein, in welchem Fall es zwei Rotoren geben kann, die konzentrisch mit dem Stator angeordnet sind und auf beiden Seiten von dem Stator axial beabstandet sind. Der Stator kann Wicklungen und mehrphasige Leistungsausgänge aufweisen. Der Rotor kann unterschiedliche Magnetsätze umfassen.
Ein Verfahren zum Zusammenbauen von Antriebssträngen umfasst, dass ein erster an einem Drehmomentwandler montierter Generator an einem ersten Getriebe eines ersten Typs installiert wird und eine erste Leistungselektronikkonfiguration mit dem ersten an einem Drehmomentwandler montierten Generator wirksam verbunden wird. Der erste an einem Drehmomentwandler montierte Generator und die erste Leistungselektronikkonfiguration liefern elektrische Leistung mit mindestens zwei unterschiedlichen Spannungen. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein zweiter an einem Drehmomentwandler montierter Generator an einem zweiten Getriebe des ersten Typs installiert wird, wobei das erste Getriebe und das zweite Getriebe im Wesentlichen identisch sind. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine zweite Leistungselektronikkonfiguration mit dem zweiten an einem Drehmomentwandler montierten Generator wirksam verbunden wird. Der zweite an einem Drehmomentwandler montierte Generator und die zweite Leistungselektronikkonfiguration liefern elektrische Leistungsspannungen, die sich von den zwei Spannungen unterscheiden, die von dem ersten an einem Drehmomentwandler montierten Generator und der ersten Leistungselektronikkonfiguration geliefert werden. Es wird angemerkt, dass nur eine der Spannungen, die von jeder Ausführungsform der Antriebsstränge geliefert wird, unterschiedlich sein muss, sodass die von jeder Ausführungsform gelieferten zwei Spannungen als unterschiedlich betrachtet werden (z. B. können der erste an einem Drehmomentwandler montierte Generator und die erste Leistungselektronikkonfiguration eine Niederspannungsleistung von 28 Volt Gleichstrom bieten, genauso wie es der zweite an einem Drehmomentwandler montierte Generator und die zweite Leistungselektronikkonfiguration tun, aber von den zwei Ausführungsformen kann eine unterschiedliche höhere Leistungsspannung (z. B. 220 Volt Gleichstrom gegenüber 270 Volt Gleichstrom) bereitgestellt werden. Vorzugsweise kann der Zusammenbau der Getriebe mit den unterschiedlichen Drehmomentwandlern an dem gleichen Fließband in einer Fabrik stattfinden. Somit können Kundenwünsche für unterschiedliche Typen elektrischer Leistung berücksichtigt werden, wenn die Antriebsstränge zusammengebaut werden.
Die voranstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung offenbar, wenn Sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Veranschaulichung in einer Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt eines ersten Antriebsstrangs, der ein Getriebe, einen Motor, einen Drehmomentwandler mit einem daran montierten ersten Generatortyp und eine Leistungselektronik, die eine elektrische Leistung mit zwei unterschiedlichen Spannungen liefert, umfasst;
2 ist eine schematische Veranschaulichung im Querschnitt des an einem Drehmomentwandler montierten Generators von 1;
3 ist eine schematische Veranschaulichung in einer Seitenansicht mit teilweisem Querschnitt eines zweiten Antriebsstrangs, der ein Getriebe des gleichen Typs wie das Getriebe von 1, einen Motor des gleichen Typs wie der Motor von 1 und einen Drehmomentwandler mit einem daran montierten zweiten Generatortyp und eine Leistungselektronik umfasst, die eine elektrische Leistung mit Spannungen liefert, die sich von den Spannungen unterscheiden, die von dem Generator von 1 und 2 geliefert werden; und
4 ist eine schematische Veranschaulichung eines dritten Antriebsstrangs, der ein Getriebe und einen Motor, die zu denjenigen von 3 identisch sind, und einen Drehmomentwandler ohne einen daran montierten Generator umfasst.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 einen Antriebsstrang 10, der einen Motor 12, wie etwa einen Verbrennungsmotor oder einen Dieselmotor umfasst. Der Antriebsstrang 10 umfasst ferner einen Drehmomentwandler 14, der in einem Drehmomentwandlergehäuse 16 untergebracht ist, und ein Getriebe 18, das in einem Getriebegehäuse 20 untergebracht ist. Die Motorkurbelwelle 22 ist mit einer Antriebs-Ummantelung 26 des Drehmomentwandlers 14 über eine flexible Platte 24 oder eine andere Schnittstelle, die durch Schrauben 28 oder andere Befestigungsmechanismen an der Antriebs-Ummantelung 26 des Drehmomentwandlers befestigt ist, verbunden. Wie bekannt ist, bildet der Drehmomentwandler 14 eine Fluidkopplung zwischen dem Motor 12 und dem Getriebe 18, welche eine Drehmomentvervielfachung über ein Flügelrad oder einen Pumpenabschnitt bereitstellt, das bzw. der mit der Antriebs-Ummantelung 26 rotiert, das bzw. der eine zähflüssige Kopplung mit einem Turbinenabschnitt bildet, welcher mit einem Antriebselement 30 des Getriebes 18 rotiert. Die internen Komponenten des Drehmomentwandlers 14, welche den Pum penabschnitt und den Turbinenabschnitt umfassen, sind wohlbekannt und sind in 1 nicht gezeigt. Der Drehmomentwandler 14 kann entweder aus geprägtem oder bearbeitetem Stahl oder geprägtem Aluminium bestehen. Das Getriebe 18 verwendet kämmende Zahnräder, wie etwa Planetenradsätze oder Zahnradebenen in einer Zwischenwellenanordnung, sowie selektiv in Eingriff bringbare Drehmomentübertragungsmechanismen, wie etwa Synchronisierer, Kupplungen und/oder Bremsen, um eine Drehmomentübertragung mit verschiedenen Drehzahlübersetzungen an ein Getriebeabtriebselement 31 festzulegen.
Ein an einem Drehmomentwandler montierter Generator 34 ist bereitgestellt, der zusammen mit mehreren Sätzen Leistungselektronik (nachstehend erörtert) mehrere Leistungsausgänge für fahrzeugeigene und/oder fahrzeugfremde Leistungsbedürfnisse festlegt. Der an einem Drehmomentwandler montierte Generator 34 umfasst einen Rotor 36, der an dem Drehmomentwandler 14, insbesondere an der Antriebs-Ummantelung 26 des Drehmomentwandlers, zur Drehung damit befestigt ist. Der Generator 34 umfasst ferner einen Stator 38, der an dem Drehmomentwandlergehäuse 16 derart montiert ist, dass der Stator 38 mit dem Drehmomentwandlergehäuse 16 stationär bleibt. Der Rotor 36 und der Stator 38 sind um eine Rotationsachse der Motorkurbelwelle 22 und des Getriebeantriebselements 30 herum konzentrisch angeordnet und definieren dazwischen einen umlaufenden radialen Luftspalt 32. Der Motor 12 umfasst einen Motorblock 40, der durch Schrauben 42 oder andere Befestigungseinrichtungen an dem Drehmomentwandlergehäuse 16 befestigt ist. Das Drehmomentwandlergehäuse 16 ist durch Schrauben 44 oder andere Befestigungseinrichtungen auch an dem Getriebegehäuse 20 befestigt. Der Motorblock 40, das Drehmomentwandlergehäuse 16 und das Getriebegehäuse 20 sind stationäre Komponenten. Vorzugsweise wird der Stator 38 durch Öl- oder Wasserkühlmittel auf irgendeine bekannte Weise gekühlt.
Mit Bezug auf 2 ist der an einem Drehmomentwandler montierte Generator 34 in einer Querschnittsansicht entlang den in 1 angegebenen Pfeilen gezeigt. In dieser Ansicht ist es offensichtlich, dass der Stator 38 tatsächlich aus verschiedenen Statorsegmenten besteht, welche einen ersten Satz von Statorsegmenten 46 und einen zweiten Satz von Statorsegmenten 48 umfassen. Der erste Satz von Statorsegmenten 46 umfasst Zwischenpolschlitze 50, in welchen dreiphasige Statorwicklungen 52 verschachtelt sind. Die Statorwicklungen 52 bilden Endwindungen 53 aus, die in 1 sichtbar sind. Die Anzahl der Segmente in dem ersten Satz von Statorsegmenten 46 und die Anzahl von Wicklungen 52 ist in 2 nur beispielhaft und ist so gewählt, dass eine gewünschte erste Ausgangsspannung erreicht wird, wie nachstehend erörtert wird. Der zweite Satz von Statorsegmenten 48 umfasst Zwischenpolschlitze 50A, in welchen dreiphasige Statorwicklungen 52A verschachtelt sind. Die Statorwicklungen 52A bilden auch Endwindungen aus, obwohl diese in dem Querschnitt des Generators 34 von 1 nicht sichtbar sind. Die Anzahl der Segmente bei dem zweiten Satz von Statorsegmenten 48 und die Anzahl der Wicklungen 52A wird ebenfalls so gewählt, dass eine zweite gewünschte Ausgangsspannung erreicht wird, die sich von der ersten Ausgangsspannung unterscheidet, wie nachstehend erörtert wird. Die Statorsegmente 46, 48 sind wie angezeigt mit Schrauben 54 verschraubt oder anderweitig an dem Drehmomentwandlergehäuse 16 befestigt.
Der Rotor 36 des an einem Drehmomentwandler montierten Generators 34 weist Magnete 56 auf, die am Umfang desselben rundum beabstandet sind. Die Anzahl der Magnete 56 ist so gewählt, dass die gewünschte erste und zweite Ausgangsspannung optimiert wird. Der Rotor 36 ist an dem Drehmomentwandler 14 mit Schrauben 58 oder einem beliebigen anderen Befestigungsverfahren befestigt, sodass er mit dem Drehmomentwandler 14 rotiert. Die Schrauben 58 sind nur in einer beispielhaften Anordnung gezeigt und können eine andere Anzahl, Beabstandung oder Anordnung als die gezeigte aufweisen. Der radiale Luftspalt 32 ist zwischen den Statorsegmenten 46 und 48 und dem Rotor 36 gezeigt.
Wenn sich die Motorkurbelwelle 22 dreht, werden die Antriebs-Ummantelung 26 und der Rotor 36 gedreht. Der Magnetfluss der sich drehenden Magnete 56 erzeugt einen Stromfluss in den Wicklungen 52 und 52A des Stators 38.
Wieder mit Bezug auf 1 enthält der Antriebsstrang 10 eine Leistungselektronik; insbesondere einen ersten Satz Leistungselektronik 60 in elektrischer Verbindung mit dem ersten Satz von Statorsegmenten 46, sowie einen zweiten Satz Leistungselektronik 62 in elektrischer Verbindung mit dem zweiten Satz von Statorsegmenten 48. Der erste und zweite Typ Leistungselektronik 60, 62 kann gemeinsam als eine erste Leistungselektronikkonfiguration bezeichnet werden. Der erste Satz von Statorsegmenten 46 und der erste Satz Leistungselektronik 62 sind so ausgestaltet, dass sie elektrische Leistung mit einer ersten Spannung liefern, wie etwa einem relativ niedrigen Gleichstrom von 28 Volt (VDC). Der zweite Satz von Statorsegmenten 48 und der zweite Satz Leistungselektronik 62 sind so ausgestaltet, dass sie elektrische Leistung mit einer zweiten Spannung liefern, wie etwa einem relativ hohen Gleichstrom von 270 Volt. Der erste Satz oder die Leistungselektronik 60 mit niedriger Spannung umfasst eine erste Leistungsverbindung 64, die mit dem ersten Satz von Statorsegmenten 52 verbunden ist, welche als ein erster Leistungsausgang fungieren kann. Die erste Leistungsverbindung 64 leitet Leistung an ein Niederspannungsleistungsmodul 66 weiter, welches einen Wechselrichter und einen elektronischen Controller umfasst. Das Niederspannungsleistungsmodul 66 dient zur Umwandlung des dreiphasigen Wechselstroms, der von dem ers ten Satz von Statorsegmenten 52 geliefert wird, in Leistung in der Form von 28 Volt Gleichstrom zur Speicherung in einer Niederspannungsbatterie 68. Die Controllerfunktion des Leistungsmoduls 66 weist die Batterie 68 zur Bereitstellung von Energie an Fahrzeugzubehör 70 an, das ausgestaltet ist, um mit Leistung auf dem Niederspannungspegel (z. B. 28 Volt) zu funktionieren. Das Fahrzeugzubehör 70 kann eine Klimaanlage, Audiosysteme und andere fahrzeugeigene oder fahrzeugfremde elektrisch betriebene Komponenten umfassen, die konzipiert sind, um mit der Niederspannungsleistung zu laufen, die von dem ersten Satz Leistungselektronik geliefert wird.
Der zweite Satz Leistungselektronik 62 umfasst eine zweite Leistungsverbindung 72, die mit dem zweiten Satz von Statorsegmenten 48 verbunden ist und als ein zweiter Leistungsausgang für den zweiten Typ von elektrischer Leistung mit höherer Spannung fungiert. Die zweite Leistungsverbindung 72 leitet Leistung an ein Hochspannungsgleichrichter- und Controllermodul 74 weiter, welches als ein Ausgabeleistungsgleichrichter und Controller fungiert. Das Hochspannungsgleichrichter- und Controllermodul 74 dient zur Umwandlung des dreiphasigen Wechselstroms, der von den dreiphasigen Statorwicklungen 52A bereitgestellt wird, in Leistung in der Form von 270 Volt Gleichstrom, die an eine externe Leistungslast 76 unter der Steuerung des Controllerabschnitts des Hochspannungsgleichrichter- und Controllermoduls 74 geliefert wird. Die externe Leistungslast 76 kann zum Beispiel fahrzeugfremde Industrie- und Versorgungs-Werkzeugausrüstung oder eine fahrzeugeigene Last, wie etwa eine Kältetechnik für einen Anhänger im Transitverkehr, umfassen.
Mit Bezug auf 3 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform eines Antriebsstrangs 10A einen zweiten Typ eines an einem Drehmomentwandler montierten Generators 34A, der mit einem Motor 12A und einem Ge triebe 18A verwendet wird, die auf die gleiche Weise verbunden sind wie die entsprechenden Komponenten von 1. In der Tat ist der Motor 12A ein Motor vom identischen Typ wie der Motor 12 und das Getriebe 18A ist ein Getriebe vom identischen Typ wie das Getriebe 18. In dem Antriebsstrang 10A jedoch weist der an einem Drehmomentwandler montierte Generator 34A eine unterschiedliche Ausgestaltung auf, die andere Spannungsausgänge liefert als der an einem Drehmomentwandler montierte Generator 34. Somit kann ein Getriebeproduzent das als Bezugszeichen 18 in 1 dargestellte und als Bezugszeichen 18A in 3 dargestellte Getriebe anbieten, die gemäß kundenspezifischer Leistungsausgabebedürfnisse modifiziert sind, indem er einen der an einem Drehmomentwandler montierten Generatoren 34 oder 34A auswählt, die mit angepassten Nieder- und Hochspannungsausgängen entworfen sind. Zudem kann das Getriebe 18A auch mit einem herkömmlichen Drehmomentwandler 14B angeboten werden, d. h. einem, wie in 4 veranschaulichten, ohne einen daran montierten Generator, da der herkömmliche Drehmomentwandler 14B und die Drehmomentwandler 14, 14A mit daran montierten Generatoren im Wesentlichen den gleichen axialen Einbauraum beanspruchen, wobei für jeden unterschiedlichen Entwurf nur ein anderes Drehmomentwandlergehäuse benötigt wird.
Der Motor 12A umfasst einen Motorblock 40A, der mit Schrauben 42A oder anderen Befestigungseinrichtungen an dem Drehmomentwandlergehäuse 16A befestigt ist. Das Drehmomentwandlergehäuse 16A ist mit Schrauben 44A oder anderen Befestigungseinrichtungen auch an dem Getriebegehäuse 20A befestigt. Der Motorblock 40A, das Drehmomentwandlergehäuse 16A und das Getriebegehäuse 20A sind stationäre Komponenten.
Auf 3 genauer Bezug nehmend ist der an einem Drehmomentwandler montierte Elektromotor-Generator 34A ein Generator mit einem Kern mit einem axialen Luftspalt, der einen Stator 38A umfasst, der an dem Drehmomentwandlergehäuse 16A derart montiert ist, dass der Stator 38A mit dem Drehmomentwandlergehäuse 16A stationär bleibt. Der Stator 38A umfasst mehrere Statorsegmente, die ähnlich wie diejenigen von 3 rundum umlaufend beabstandet sind, was mehrere Statorsegmente für mehrere Spannungsausgänge gleichzeitig mit separaten Ausgangsanschlüssen ermöglicht, wie nachstehend erörtert wird. Der an einem Drehmomentwandler montierte Generator 34A umfasst auch einen ersten Rotor 36A und einen zweiten Rotor 36B, die an dem Drehmomentwandler 14A, insbesondere der Antriebs-Ummantelung 26A des Drehmomentwandlers, zur Rotation damit befestigt sind. Die Rotoren 36A, 36B und der Stator 38A sind um eine Rotationsachse der Motorkurbelwelle 22A und des Getriebeantriebselements 30A herum konzentrisch angeordnet, wobei der Stator 38A zwischen den Rotoren 36A, 36B derart angeordnet ist, dass axiale Luftspalte 32A, 32B jeweils zwischen jedem der Rotoren 36A, 36B und dem Stator 38A definiert sind. Jeder Rotor weist zwei Sätze von Magneten 56A und 56B auf, die am Umfang desselben rundum beabstandet sind, wobei jeder Satz durch unterschiedliche Stärken gekennzeichnet ist, welche einen unterschiedlichen Stromfluss in die Wicklungen des axialen Kerns des Stators 38A induzieren. Unterschiedliche Spannungsausgänge, die den Magneten 56A, 56B zugeordnet sind, werden verwendet, um unterschiedliche Leistungstypen zur fahrzeugeigenen und/oder fahrzeugfremden Verwendung zu liefern, wie nachstehend beschrieben wird. Der Fachmann wird den Aufbau von Generatoren mit einem Kern mit axialem Luftspalt leicht verstehen.
Der Antriebsstrang 10A umfasst einen ersten Satz Leistungselektronik 60A in elektrischer Verbindung mit dem Stator 38A über eine erste Leis tungsverbindung 64A. Der erste Satz Leistungselektronik 60A ist für eine erste elektrische Leistungsspannung ausgestaltet, wie etwa eine niedrigere Spannung mit 24 Volt Gleichstrom (VDC). Der erste Satz Leistungselektronik 60A umfasst ein Niederspannungsleistungsmodul 66A, das einen Wechselrichter und einen elektronischen Controller umfasst, und eine Niederspannungsbatterie 68A, die mit Fahrzeugzubehör 70A wirksam verbunden ist. Die Komponenten des ersten Satzes Leistungselektronik 60A sind ähnlich ausgestaltet und funktionieren ähnlich wie die gleichen Komponenten des ersten Satzes Leistungselektronik 60 des Antriebsstrangs 10 von 2 mit der Ausnahme, dass das Niederspannungsleistungsmodul 24 Volt Gleichstrom an die Batterie 68A liefert.
Der Antriebsstrang 10A umfasst auch einen zweiten Satz Leistungselektronik 62A in elektrischer Verbindung mit dem Stator 38A über eine zweite Leistungsverbindung 72A. Der erste und zweite Satz Leistungselektronik 60A, 62A können gemeinsam als eine zweite Leistungselektronikkonfiguration bezeichnet werden. Der zweite Satz Leistungselektronik 60A ist für eine zweite elektrische Leistungsspannung ausgestaltet, wie etwa eine höhere Spannung mit 220 Volt Gleichstrom. Die zweite Leistungsverbindung 72A leitet Leistung an ein Hochspannungsgleichrichter- und Controllermodul 74A weiter, welches wie ein Ausgangsleistungsgleichrichter und Controller funktioniert. Das Hochspannungsgleichrichter- und Controllermodul 74A dient zur Umwandlung eines dreiphasigen 220 Volt Wechselstroms, der von dem Stator 38A geliefert wird, in Leistung in der Form eines 220 Volt Gleichstroms, der an eine externe Leistungslast 76A unter der Steuerung des Controllerabschnitts des Hochspannungsgleichrichter- und Controllermoduls 74A geliefert wird. Die externe Leistungslast 76A kann beispielsweise eine fahrzeugfremde Industrie- und Versorgungs-Werkzeugausrüstung oder eine fahrzeugeigene Last umfassen, wie etwa eine Kühlanlage für einen Anhänger im Transitverkehr. Diese Komponen ten des zweiten Satzes Leistungselektronik 62A sind ähnlich ausgestaltet und funktionieren ähnlich wie die gleichen Komponenten des zweiten Satzes Leistungselektronik 62 des Antriebsstrangs 10 von 1 mit der Ausnahme, dass das Hochspannungsgleichrichter- und Controllermodul 74A Leistung mit 220 Volt an die externe Leistungslast 76A liefert.
Der zweite Satz Leistungselektronik 62A umfasst auch Komponenten, die es dem an einem Drehmomentwandler montierten Generator 34A ermöglichen, wie ein Elektromotor zum Starten des Motors 12A zu funktionieren oder um Leistung gemeinsam mit dem Motor 12A an das Getriebe 18A zu liefern, wodurch eine hybride Vortriebsfähigkeit bereitgestellt wird. Somit kann der an einem Drehmomentwandler montierte Generator 34A als ein Elektromotor/Generator bezeichnet werden. Insbesondere umfasst der zweite Satz Leistungselektronik 62A ein Hochspannungswechselstrom/Gleichstromleistungsmodul 80A, das wie ein Wechselrichter und wie ein elektronischer Controller funktioniert, um Leistung von einem Hochspannungswechselstrom, wie etwa 220 Volt Wechselstrom, in einen Hochspannungsgleichstrom, wie etwa 220 Volt Gleichstrom umzuwandeln bzw. zu invertieren. Der Hochspannungsgleichstrom wird dann in einer Hochspannungsbatterie 82A gespeichert. Ein elektronischer Hochspannungscontroller 84A ist ausgestaltet, um gespeicherte Energie von der Batterie 82A an den Stator 38A zu lenken, wenn Betriebsbedingungen ein Starten des Motors 12A gewährleisten, oder wenn der Motor 12A das Getriebe 18A bereits mit Leistung versorgt und zusätzliches Drehmoment benötigt wird und von dem Elektromotor/Generator 34A geliefert werden kann. Es ist festzustellen, dass das Gleichstromleistungsmodul 80A, die Batterie 82A und der elektronische Hochspannungscontroller 84A auch bei dem Antriebsstrang 10 von 2 derart eingesetzt werden können, dass der an einem Drehmomentwandler montierte Generator 34 auch wie ein Elektromotor funktionieren kann.
Wie in 2 und 3 angezeigt ist, können unterschiedliche Antriebsstränge mit dem gleichen Typ von Getriebe und Motor, aber mit unterschiedlichen an Drehmomentwandlern montierten Generatoren, die dazwischen verbunden sind, gebaut werden. Die Wahl eines an einem Drehmomentwandler montierten Generators im Hinblick auf die Leistungsausgänge, für deren Bereiterstellung er ausgestaltet ist, kann durch spezielle Kundenbedürfnisse getrieben sein. Wenn bei einer speziellen Antriebsstrangimplementierung eine fahrzeugeigene oder fahrzeugfremde Leistung nicht benötigt wird, kann alternativ ein Antriebsstrang 10B, der wie in 4 gezeigt konfiguriert ist, mit einem Motor 12B, einem Getriebe 18B und einem Drehmomentwandler 14B in einem Drehmomentwandlergehäuse 16B, das nicht mit einem Generator ausgestattet ist, bereitgestellt werden. Der Motor 12B kann vom gleichen Typ wie die Motoren 12 und 12A sein, und das Getriebe 18B kann von dem gleichen Typ wie die Getriebe 18 und 18A sein.
Vorzugsweise sind die Leistungsausgänge der verschiedenen Generatoren 34, 34A gebräuchlich und die Leistungselektroniken 60, 62, 60A, 62A sind gebräuchlich, sodass die Generatoren und die Leistungselektroniken für verschiedene unterschiedliche Typen von Getrieben ebenfalls verwendet werden können. Verschiedene Leistungselektronikkonfigurationen, welche diejenigen der folgenden elektrischen Leistungsspannungen umfassen, sind vorzugsweise zur Verbindung mit den gängigen Leistungsausgängen der Generatoren 34, 34A verfügbar: 600 Volt DC, 12 Volt DC, 42 Volt DC, 110/120 Volt (60 Hz) Wechselstrom "AC", 220 Volt (50 Hz AC), 24 Volt DC und 270 Volt DC.
Entsprechend umfasst ein Verfahren zum Zusammenbauen von Antriebssträngen, dass bezüglich der Antriebsstrang-Ausführungsformen von 1–4 beschrieben wird, dass ein erster an einem Drehmomentwandler montierter Generator 34 an einem ersten Getriebe 18 eines ersten Typs installiert wird. Dies kann umfassen, dass ein Drehmomentwandlergehäuse 16 an einem Getriebegehäuse 20 angebracht wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine erste Leistungselektronikkonfiguration 60, 62 mit dem ersten an einem Drehmomentwandler montierten Generator 34 wirksam verbunden wird. Der erste an einem Drehmomentwandler montierte Generator 34 und die erste Leistungselektronikkonfiguration 60, 62 liefern elektrische Leistung mit mindestens zwei Spannungen (z. B. 28 VDC und 270 VDC).
Das Verfahren umfasst auch, dass ein zweiter an einem Drehmomentwandler montierter Generator 34A an einem zweiten Getriebe 18A des ersten Typs, das im Wesentlichen identisch zu dem ersten Getriebe 18 ist, installiert wird. Dies kann umfassen, dass ein anderes Drehmomentwandlergehäuse 16A an einem Getriebegehäuse 20A, das identisch zu dem Getriebegehäuse 20 ist, angebracht wird. Das Verfahren umfasst dann, dass eine zweite Leistungselektronikkonfiguration 60A, 62A mit dem zweiten an einem Drehmomentwandler montierten Generator 34A wirksam verbunden wird. Der zweite an einem Drehmomentwandler montierte Generator 34A und die zweite Leistungselektronikkonfiguration 60A, 62A liefern elektrische Leistung mit Spannungen, die sich von den zwei Spannungen unterscheiden, die von dem ersten an einem Drehmomentwandler montierten Generator 34 und der ersten Leistungselektronikkonfiguration 60, 62 geliefert werden. Im Umfang des Verfahrens kann ein Drehmomentwandler 14B, der keinen daran montierten Generator aufweist, mit einem Getriebe 18B, das identisch mit den Getrieben 18 und 18A ist, und mit einem Motor 12B, der identisch mit den Motoren 12 und 12A ist, verbunden werden. Somit ermöglicht das Verfahren, dass eine gegebene Kombination aus Getriebe und Motor mit verschiedenen Drehmomentwandlern (mit verschiedenen Typen von Generatoren, einem Elektromotor/Generator oder keinem daran montierten Generator) und unterschiedlichen Leistungselektronikkonfigurationen (oder keiner Leistungselektronik in dem Fall eines Drehmomentwandlers ohne einen Generator) verbunden wird, um spezielle elektrische Leistungsbedürfnisse eines Kunden zu erfüllen.
Obwohl die besten Arten zur Ausführung der Erfindung genau beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Umsetzung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Antriebsstrang, der umfasst: ein in einem Getriebegehäuse untergebrachtes Getriebe; einen Drehmomentwandler, der mit dem Getriebe wirksam verbunden ist und in einem Drehmomentwandlergehäuse untergebracht ist; wobei das Drehmomentwandlergehäuse an dem Getriebegehäuse befestigt ist; einen Generator mit einem Rotor, der an dem Drehmomentwandler befestigt ist, und einem Stator, der an dem Drehmomentwandlergehäuse befestigt ist; eine Leistungselektronik, die mit dem Generator wirksam verbunden ist; und wobei der Generator und die Leistungselektronik ausgestaltet sind, um elektrische Leistung mit mehreren Spannungspegeln bereitzustellen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Generator elektrische Leistung mit mindestens zwei verschiedenen Spannungspegeln erzeugt.
Antriebsstrang nach Anspruch 2, wobei der Stator einen ersten und zweiten Satz von Statorsegmenten umfasst, die jeweils angepasst sind, um einen anderen der zwei verschiedenen Spannungspegel bereitzustellen.
Antriebsstrang nach Anspruch 2, wobei der Stator mehrphasige Leistungsausgänge umfasst.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Generator elektrische Leistung mit nur einem Spannungspegel erzeugt; und wobei die Leistungselektronik Komponenten, die ausgestaltet sind, um den einen Spannungspegel in einen der mehreren Spannungspegel umzuwandeln, und andere Komponenten umfasst, die ausgestaltet sind, um den einen Spannungspegel in einen anderen der mehreren Spannungspegel umzuwandeln.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, der ferner umfasst: einen Motor, der mit dem Drehmomentwandler wirksam verbunden ist, um das Getriebe mit Leistung zu versorgen; wobei die Leistungselektronik ausgestaltet ist, um elektrische Leistung an den Stator zu liefern, um den Rotor anzutreiben, wodurch der Generator in einem Fahrmodus betrieben wird, um den Motor zu starten und/oder gemeinsam mit dem Motor Leistung an das Getriebe zu liefern.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Rotor und der Stator konzentrisch so angeordnet sind, dass sie einen radialen Spalt dazwischen definieren.
Antriebsstrang nach Anspruch 2, wobei der Rotor und der Stator konzentrisch so angeordnet sind, dass sie einen axialen Spalt dazwischen definieren.
Antriebsstrang nach Anspruch 8, wobei der Rotor ein erster Rotor ist und der axiale Spalt ein erster axialer Spalt ist und ferner umfassend: einen zweiten Rotor, der mit dem Stator konzentrisch so angeordnet ist, dass er einen zweiten axialen Spalt dazwischen definiert; wobei der Stator axial zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor angeordnet ist.
Antriebsstrang, der umfasst: ein in einem Getriebegehäuse untergebrachtes Getriebe; einen Drehmomentwandler, der mit dem Getriebe wirksam verbunden ist und in einem Drehmomentwandlergehäuse untergebracht ist; wobei das Drehmomentwandlergehäuse an dem Getriebegehäuse befestigt ist; einen Generator mit einem Rotor, der an dem Drehmomentwandler befestigt ist, und einem Stator, der an dem Drehmomentwandlergehäuse befestigt ist; wobei der Rotor Magnete aufweist und der Stator Wicklungen aufweist; wobei der Rotor und der Stator konzentrisch angeordnet sind mit einem Spalt dazwischen; eine Leistungselektronik, die mit dem Generator wirksam verbunden ist; und wobei der Rotor und der Stator ausgestaltet sind, um elektrische Leistung mit mehreren Spannungspegeln an die Leistungselektronik zu liefern; und wobei die Leistungselektronik ausgestaltet ist, um elektrische Leistung mit anderen mehreren Spannungspegeln zu liefern, die den mehreren Spannungspegeln entsprechen, die von dem Rotor und dem Stator geliefert werden.
Verfahren zum Zusammenbauen von Antriebssträngen, das umfasst, dass: ein erster an einem Drehmomentwandler montierter Generator an einem ersten Getriebe eines ersten Typs installiert wird; eine erste Leistungselektronikkonfiguration mit dem ersten an einem Drehmomentwandler montierten Generator wirksam verbunden wird; wobei der erste an einem Drehmomentwandler montierte Generator und die erste Leistungselektronikkonfiguration ausgestaltet sind, um mindestens zwei Spannungspegel mit elektrischer Leistung zu liefern; ein zweiter an einem Drehmomentwandler montierter Generator an einem zweiten Getriebe des ersten Typs installiert wird; wobei das erste Getriebe und das zweite Getriebe im Wesentlichen identisch sind; und eine zweite Leistungselektronikkonfiguration mit dem zweiten an einem Drehmomentwandler montierten Generator wirksam verbunden wird; wobei der zweite an einem Drehmomentwandler montierte Generator und die zweite Leistungselektronikkonfiguration ausgestaltet sind, um elektrische Leistung mit Spannungspegeln bereitzustellen, die sich von den Spannungspegeln unterscheiden, die von dem ersten an einem Drehmomentwandler montierten Generator und der ersten Leistungselektronikkonfiguration bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste an einem Drehmomentwandler montierte Generator einen ersten Rotor, der mit einem ersten Drehmomentwandler wirksam verbunden ist, und einen ersten Stator umfasst, der an einem ersten Drehmomentwandlergehäuse befestigt ist; wobei das erste Getriebe des ersten Typs ein erstes Getriebegehäuse umfasst; wobei der zweite an einem Drehmomentwandler montierte Generator einen zweiten Rotor, der mit einem zweiten Drehmo mentwandler wirksam verbunden ist, und einen zweiten Stator umfasst, der an einem zweiten Drehmomentwandlergehäuse befestigt ist; wobei das zweite Getriebe des ersten Typs ein zweites Getriebegehäuse umfasst, das im Wesentlichen mit dem ersten Getriebegehäuse identisch ist; wobei das Installieren des ersten an einem Drehmomentwandler montierten Generators an dem ersten Getriebe des ersten Typs umfasst, dass das erste Drehmomentwandlergehäuse an dem ersten Getriebegehäuse angebracht wird; und wobei das Installieren des zweiten an einem Drehmomentwandler montierten Generators an dem zweiten Getriebe des ersten Typs umfasst, dass das zweite Drehmomentwandlergehäuse an dem zweiten Getriebegehäuse angebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst, dass: ein dritter Drehmomentwandler an einem dritten Getriebe des ersten Typs installiert wird; wobei sich der dritte Drehmomentwandler durch das Fehlen eines an einem Drehmomentwandler montierten Generators auszeichnet.