DE102008050942B4 - Flywheel accumulator system and method of controlling such a system - Google Patents

Flywheel accumulator system and method of controlling such a system Download PDF

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Abstract

System mit Schwungradspeicher,wobei ein Schwungrad (6) relativ drehbar gelagert ist zu einer Schwungradwelle (4),wobei die Schwungradwelle (4) über ein Schaltgetriebe (3), also ein Getriebe (3) mit steuerbarer Übersetzungszahl, mit einem Motor (1) verbunden ist,wobei an der Schwungradwelle (4) mit Strom beaufschlagbare Feldspulen (5) angeordnet sind zur Erzeugung eines Erregerfeldes,wobei mit dem Schwungrad (6) ein Kurzschlusskäfig verbunden ist,wobei die Feldspulen (5) an der Schwungradwelle (4) in Umfangsrichtung nacheinander angeordnet sind zur Erzeugung eines radial orientierten Magnetfeldes im selben radialen und axialen Bereich, wobei die Bestromung derart ausgeführt ist, dass benachbarte Feldspulen ein jeweils entgegengerichtetes Magnetfeld erzeugen,wobei am axialen Endbereich der Schwungradwelle (4) eine Erregermaschine (7) angeordnet ist, deren drehbar gelagerter Teil, also Rotor, mit der Schwungradwelle (4) verbunden ist,wobei die Feldspulen (5) aus dem drehbar gelagerten Teil einer Erregermaschine (7) elektrisch versorgt sind, wobei der stationär angeordnete Teil, also Stator, der Erregermaschine (7) mit Gleichstrom beaufschlagte Felderregerspulen umfasst und der drehbar gelagerte Teil der Erregermaschine (7) eine Drehstromwicklung umfasst,wobei aus der Drehstromwicklung ein Gleichrichter gespeist wird, welcher die auf der Schwungradwelle (4) angeordneten Feldspulen (5) elektrisch versorgt,wobei die Schwungradwelle (4) Ausgangswelle des Getriebes (3), also Abtriebswelle, ist oder mit dieser verbunden ist und die Motorwelle (2) Eingangswelle des Getriebes (3) ist oder mit dieser verbunden ist,wobei mindestens zwei Übersetzungszahlen der mit dem Getriebe (3) wählbaren Übersetzungszahlen reziprok zueinander sind,wobei die Übersetzung ILADENdes Schaltgetriebes (3) beim Aufladen des Schwungrades (6) größer als 1 ist.System with a flywheel accumulator, a flywheel (6) being mounted so that it can rotate relative to a flywheel shaft (4), the flywheel shaft (4) being connected to a motor (1) via a manual transmission (3), i.e. a transmission (3) with a controllable number of gear ratios. is connected, with field coils (5) which can be charged with current being arranged on the flywheel shaft (4) in order to generate an exciter field, with a squirrel-cage cage being connected with the flywheel (6), with the field coils (5) on the flywheel shaft (4) in the circumferential direction are arranged one after the other in order to generate a radially oriented magnetic field in the same radial and axial area, with the energization being carried out in such a way that adjacent field coils each generate an oppositely directed magnetic field, with an exciter (7) being arranged on the axial end area of the flywheel shaft (4), the rotatably mounted part, i.e. rotor, is connected to the flywheel shaft (4), the field coils (5) consisting of the rotatably mounted part l an exciter (7) are supplied with electricity, with the stationary part, i.e. the stator, of the exciter (7) comprising field excitation coils charged with direct current and the rotatably mounted part of the exciter (7) comprising a three-phase winding, with a rectifier being fed from the three-phase winding which electrically supplies the field coils (5) arranged on the flywheel shaft (4), with the flywheel shaft (4) being the output shaft of the gearbox (3), i.e. output shaft, or being connected to it and the motor shaft (2) being the input shaft of the gearbox ( 3) is or is connected to it, with at least two gear ratios of the gear ratios that can be selected with the gear (3) being reciprocal to one another, the gear ratio ILADEN of the manual gear (3) being greater than 1 when the flywheel (6) is charged.

Description

Die Erfindung betrifft ein System mit Schwungradspeicher und ein Verfahren zum Steuern eines solchen Systems.The invention relates to a system with a flywheel accumulator and a method for controlling such a system.

Es ist bekannt, an einer Verbrennungsmotorwelle einen Generator vorzusehen, aus dem ein Motor speisbar ist, von dem ein Schwungrad angetrieben wird. Dabei werden Motor und Generator auf die maximal erlaubte Leistung ausgelegt, also möglichst groß und sind somit kostspielig und massereich.It is known to provide a generator on an internal combustion engine shaft, from which a motor can be fed, by which a flywheel is driven. The engine and generator are designed for the maximum permitted power, i.e. as large as possible and are therefore expensive and bulky.

Beispiele für derartige Systeme sind aus US 5 384 521 A , DE 195 18 672 A1 und DE 33 12 185 C2 bekannt.Examples of such systems are from U.S. 5,384,521A , DE 195 18 672 A1 and DE 33 12 185 C2 known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hohe Dynamik beim Betrieb eines Antriebssystems erreichbar zu machen.The invention is therefore based on the object of making it possible to achieve high dynamics when operating a drive system.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem System mit Schwungradspeicher nach den in Anspruch 1 und mit einem Verfahren zum Steuern nach den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst.According to the invention, the object is achieved with a system with a flywheel accumulator according to the features specified in claim 1 and with a method for controlling according to the features specified in claim 6.

Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem System mit Schwungradspeicher sind, dass ein Schwungrad relativ drehbar gelagert ist zu einer Schwungradwelle, wobei an der Schwungradwelle mit Strom beaufschlagbare Feldspulen angeordnet sind, insbesondere zur Erzeugung eines Erregerfeldes, wobei mit dem Schwungrad ein Kurzschlusskäfig verbunden ist.Important features of the invention in the system with a flywheel accumulator are that a flywheel is mounted so that it can rotate relative to a flywheel shaft, with field coils that can be charged with current being arranged on the flywheel shaft, in particular for generating an excitation field, with a squirrel cage being connected to the flywheel.

Von Vorteil ist dabei, dass der in die Feldspulen eingespeiste Strom steuerbar ist und somit die Kopplung der Schwungradwelle zum Schwungrad steuerbar ist. Auf diese Weise ist bei Nichtbestromung oder abhängig von der Bestromung die Kopplung zur Energieübertragung ans Schwungrad steuerbar. Insbesondere ist die Energieentnahme aus dem Schwungrad steuerbar, indem die elektromagnetische Kopplungsstärke zwischen Schwungradwelle und Schwungrad vorgebbar ist mittels der Stromstärke in den Feldspulen.The advantage here is that the current fed into the field coils can be controlled and thus the coupling of the flywheel shaft to the flywheel can be controlled. In this way, when there is no current or depending on the current, the coupling for energy transmission to the flywheel can be controlled. In particular, the removal of energy from the flywheel can be controlled in that the electromagnetic coupling strength between the flywheel shaft and the flywheel can be specified using the current strength in the field coils.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die Feldspulen an der Schwungradwelle in Umfangsrichtung nacheinander angeordnet, insbesondere zur Erzeugung eines radial orientierten Magnetfeldes, insbesondere im selben radialen und/oder axialen Bereich., insbesondere wobei die Bestromung derart ausgeführt ist, dass benachbarte Feldspulen ein jeweils entgegengerichtetes Magnetfeld erzeugen. Von Vorteil ist dabei, dass die Stärke des von den Feldspulen erzeugten Magnetfelds steuerbar ist, wobei der Feldlinienverlauf im Wesentlichen demjenigen gleicht, der von Dauermagneten erzeugt würde, wenn diese in Umfangsrichtung wiederum mit abwechselnder magnetischer Orientierung angeordnet wären.In the configuration according to the invention, the field coils on the flywheel shaft are arranged one after the other in the circumferential direction, in particular to generate a radially oriented magnetic field, in particular in the same radial and/or axial area., In particular, the energization is carried out in such a way that adjacent field coils generate a respective opposing magnetic field . The advantage here is that the strength of the magnetic field generated by the field coils can be controlled, the course of the field lines being essentially the same as that which would be generated by permanent magnets if these were again arranged with alternating magnetic orientation in the circumferential direction.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die Feldspulen aus dem drehbar gelagerten Teil einer Erregermaschine elektrisch versorgt, wobei der stationär angeordnete Teil der Erregermaschine Felderregerspulen umfasst und der drehbar gelagerte Teil der Erregermaschine eine Drehstromwicklung umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass die Versorgung berührungslos ausführbar ist und die Steuerung des Stromes in den Feldspulen vom stationären Teil aus ausführbar ist.In the embodiment according to the invention, the field coils are electrically supplied from the rotatably mounted part of an exciter, the stationary part of the exciter comprising field excitation coils and the rotatably mounted part of the exciter comprising a three-phase winding. The advantage here is that the supply can be carried out without contact and the control of the current in the field coils can be carried out from the stationary part.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird aus der Drehstromwicklung ein Gleichrichter gespeist zur elektrischen Versorgung der auf der Schwungradwelle angeordneten Feldspulen. Von Vorteil ist dabei, dass die Feldspulen mit einem unipolaren Strom versorgbar sind.In the embodiment according to the invention, a rectifier is fed from the three-phase winding for the electrical supply of the field coils arranged on the flywheel shaft. The advantage here is that the field coils can be supplied with a unipolar current.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kurzschlusskäfig nach Art eines Kurzschlusskäfigs eines Außenläufer-Asynchronmotors ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache kostengünstige Ausführung ermöglicht ist.In an advantageous embodiment, the squirrel cage is designed in the manner of a squirrel cage of an external rotor asynchronous motor. The advantage here is that a simple, cost-effective design is made possible.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Schwungradwelle direkt oder indirekt mit einer Motorwelle eines Motors, insbesondere Verbrennungsmotors, verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass vom Motor erzeugte Energie beziehungsweise kinetische Energie des Fahrzeuges zwischenspeicherbar ist auf dem Schwungrad, wodurch Energie einsparbar ist. Mittels der direkten Anbindung des Schwungrades an den Motor ist eine Umwandlung der vom Motor erzeugten oder der kinetischen Energie in elektrische Energie, die wiederum in mechanischen Rotationsenergie des Schwungrades verwandelt wird, verzichtbar und somit der Wirkungsgrad und die Dynamik verbesserbar.In an advantageous embodiment, the flywheel shaft is connected directly or indirectly to an engine shaft of an engine, in particular an internal combustion engine. The advantage here is that energy generated by the engine or kinetic energy of the vehicle can be temporarily stored on the flywheel, which means that energy can be saved. The direct connection of the flywheel to the engine means that there is no need to convert the kinetic energy generated by the engine into electrical energy, which in turn is converted into mechanical rotational energy of the flywheel, and the efficiency and dynamics can therefore be improved.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist die Schwungradwelle Ausgangswelle eines Getriebes, insbesondere Abtriebswelle, oder mit dieser verbunden und die Motorwelle ist Eingangswelle eines Getriebes oder mit dieser verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass ein Getriebe zur Drehzahlerhöhung beziehungsweise Drehzahlerniedrigung zwischenschaltbar ist. Somit ist die Drehzahldifferenz zwischen Schwungradwelle und Schwungrad und somit auch der Schlupf entsprechend veränderbar, wobei sich wiederum mit dem Schlupf das Drehmoment verändert.In the embodiment according to the invention, the flywheel shaft is the output shaft of a transmission, in particular the output shaft, or is connected to it, and the motor shaft is the input shaft of a transmission or is connected to it. The advantage here is that a gear for speed increase or speed reduction can be interposed. Thus, the speed difference between the flywheel shaft and the flywheel and thus also the slip can be changed accordingly, with the torque changing in turn with the slip.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Getriebe mit diskret oder kontinuierlich steuerbarer Übersetzungszahl ausgeführt, insbesondere ist das Getriebe ein Schaltgetriebe. Von Vorteil ist dabei, dass ein möglichst optimales Anpassen des Schlupfes an die Drehzahlen und die gewünschten Drehmomente ausführbar ist.In an advantageous embodiment, the transmission is designed with a discretely or continuously controllable number of gear ratios; in particular, this is Transmission a manual transmission. The advantage here is that the slip can be adapted as optimally as possible to the speeds and the desired torques.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind mindestens zwei Übersetzungszahlen der mit dem Getriebe wählbaren Übersetzungszahlen reziprok zueinander. Von Vorteil ist dabei, dass das Getriebe besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist.In the embodiment according to the invention, at least two transmission ratios of the transmission ratios that can be selected with the transmission are reciprocal to one another. The advantage here is that the transmission is particularly simple and inexpensive to produce.

Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Steuern eines Systems mit Schwungradspeicher sind, dass ein Schwungrad relativ drehbar gelagert ist zu einer Schwungradwelle, wobei zwischen dem die Schwungradwelle antreibenden Motor und der Schwungradwelle ein Getriebe angeordnet ist, dessen Übersetzungszahl vorgegeben wird, wobei beim Laden des Schwungradspeichers die Übersetzungszahl höher gewählt wird als beim Entladen des Schwungradspeichers.Important features of the method for controlling a system with a flywheel accumulator are that a flywheel is rotatably mounted relative to a flywheel shaft, with a gear being arranged between the motor driving the flywheel shaft and the flywheel shaft, the gear ratio of which is specified, with the loading of the flywheel accumulator Gear ratio is selected higher than when discharging the flywheel accumulator.

Von Vorteil ist dabei, dass mit der über das Getriebe anpassbaren Drehzahl ein verbesserter Wirkungsgrad beim Laden und Entladen des Schwungradspeichers und auch eine höhere Dynamik erreichbar ist.The advantage here is that with the speed that can be adjusted via the gearbox, improved efficiency when charging and discharging the flywheel accumulator and also higher dynamics can be achieved.

Wichtig bei der Erfindung ist dabei, dass das ganze System auf der Kombination von umschaltbarem Getriebe und Asynchronmotor basiert. Wesentlicher Vorteil ist dabei, dass man keinen eigenen elektrischen Generator auf der Verbrennungsmotorwelle und einen separaten elektrischen Motor mit Schwungrad mehr benötigt, sondern nur das einfach herstellbare Getriebe und ein einfach aufgebautes und herstellbares Schwungrad.What is important in the invention is that the entire system is based on the combination of switchable gears and asynchronous motors. The main advantage is that you no longer need your own electric generator on the internal combustion engine shaft and a separate electric motor with flywheel, but only the easy-to-manufacture gearbox and a flywheel that is easy to design and produce.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantages result from the dependent claims.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

  • In der 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch skizziert.
The invention will now be explained in more detail with reference to figures:
  • In the 1 a device according to the invention is sketched schematically.

Dabei wird von einem Motor 1 eine Motorwelle 2 angetrieben, die als eingangsseitige Welle eines Schaltgetriebes 3 fungiert. Ausgangsseitig vom Schaltgetriebe 3 ist eine Schwungradwelle 4 vorgesehen, an der Feldspulen 5 angeordnet sind. Relativ zur Schwungradwelle 4 drehbar gelagert ist ein Schwungrad 6 mit Außenkäfig vorgesehen. Die Feldspulen 5 sind vorzugsweise innerhalb des axialen Bereichs des Schwungrades 6 vorgesehen. Im motorischen Betriebszustand ist also die Motorwelle 2 die Antriebswelle des Schaltgetriebes 3 und die Schwungradwelle 4 die Abtriebswelle des Schaltgetriebes 3.In this case, a motor shaft 2 is driven by a motor 1 and acts as the input-side shaft of a gearbox 3 . A flywheel shaft 4 is provided on the output side of the gearbox 3, on which field coils 5 are arranged. A flywheel 6 with an outer cage is rotatably mounted relative to the flywheel shaft 4 . The field coils 5 are preferably provided within the axial portion of the flywheel 6 . When the engine is operating, the engine shaft 2 is the input shaft of the gearbox 3 and the flywheel shaft 4 is the output shaft of the gearbox 3.

An einem axialen Endbereich der Schwungradwelle 4 ist eine Erregermaschine 7 angeordnet. Diese dient zur Versorgung der Feldspulen 5. Hierbei umfasst die Erregermaschine 7 eine konventionelle Drehstromwicklung auf ihrem mit der Schwungradwelle 4 verbundenen Rotor und mit Gleichstrom beaufschlagte Felderregerspulen im Stator der Erregermaschine 7. Auf dem Rotor ist ein Gleichrichter vorgesehen, insbesondere ein aus Dioden zusammengesetzter Brückengleichrichter. Die vom Gleichrichter erzeugte unipolare Spannung speist die Feldspulen 5, welche auf der Schwungradwelle 4 im axialen Bereich des Schwungrades 6 angeordnet sind und ein radial orientiertes Magnetfeld erzeugen.An exciter 7 is arranged on an axial end area of the flywheel shaft 4 . This is used to supply the field coils 5. The exciter 7 has a conventional three-phase winding on its rotor, which is connected to the flywheel shaft 4, and field excitation coils in the stator of the exciter 7 that are charged with direct current. A rectifier is provided on the rotor, in particular a bridge rectifier composed of diodes. The unipolar voltage generated by the rectifier feeds the field coils 5, which are arranged on the flywheel shaft 4 in the axial area of the flywheel 6 and generate a radially oriented magnetic field.

Die Anzahl der Feldspulen 5 ist geradzahlig. Vorzugsweise sind die Feldspulen in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet und erzeugen ein zur jeweiligen benachbarten Feldspule 5 umgekehrt orientiertes Feld in radialer Richtung. Mittels der Feldspulen ist ein d-Strom erzeugt. Somit ist der Strom im Wesentlichen rein felderzeugend. Ein q-Strom, also drehmomentbildender Stromanteil ist im Wesentlichen nicht vorhanden.The number of field coils 5 is even. The field coils are preferably arranged one behind the other in the circumferential direction and generate a field in the radial direction that is oriented in the opposite direction to the respective adjacent field coil 5 . A d-current is generated by means of the field coils. Thus the current is essentially purely field generating. A q-current, i.e. a torque-forming current component, is essentially non-existent.

Daher müssen die Feldspulen 5 nur mit geringem Strom beaufschlagt werden.The field coils 5 therefore only have to be supplied with a small amount of current.

Das Schwungrad 6 umfasst einen Kurzschlusskäfig, wodurch das Schwungrad 6 einem Außenläufer-Asynchronmotor entsprechend betreibbar ist.The flywheel 6 includes a squirrel cage, as a result of which the flywheel 6 can be operated in accordance with an external-rotor asynchronous motor.

Mittels der Stromvorgabe für die Felderregerspulen der Erregermaschine 7 ist also der in die Feldspulen 5 eingeführte Strom steuerbar. Somit ist auch die Stärke der Kopplung der Schwungradwelle 4 zum Schwungrad 6 steuerbar.The current introduced into the field coils 5 can therefore be controlled by means of the current specification for the field excitation coils of the exciter machine 7 . Thus, the strength of the coupling of the flywheel shaft 4 to the flywheel 6 can be controlled.

Im stromlosen Fall treten bei der Drehung des Schwungrads 6 auf der Schwungradwelle 4 nur von den Lagern erzeugte Reibungskräfte auf.In the currentless case, when the flywheel 6 rotates on the flywheel shaft 4, only frictional forces generated by the bearings occur.

Im bestromten Fall wird ein Drehmoment in Abhängigkeit vom Schlupf, also der Drehzahldifferenz zwischen Schwungradwelle 4 und Schwungrad 6, aufgebaut. Auf diese Weise wird also die Drehzahl des Schwungrads 6 erhöht, wenn seine Drehzahl geringer ist als die Drehzahl der Schwungradwelle4. Wenn hingegen die Drehzahl geringer ist als die Drehzahl der Schwungradwelle 4, wird die Drehzahl des Schwungrads 6 vermindert.When energized, a torque is built up as a function of the slip, ie the speed difference between the flywheel shaft 4 and the flywheel 6. In this way, the speed of the flywheel 6 is increased when its speed is lower than the speed of the flywheel shaft 4. On the other hand, when the rotational speed is lower than the rotational speed of the flywheel shaft 4, the rotational speed of the flywheel 6 is reduced.

Das Schaltgetriebe 3 wird beim Aufladen des Schwungradspeichers mit einer höheren Übersetzungszahl betrieben als beim Entladen des Schwungradspeichers.When charging the flywheel accumulator, the transmission 3 is operated with a higher gear ratio than when discharging the flywheel accumulator.

Beim Aufladen des Schwungradspeichers ist die Drehzahl der Schwungradwelle 4 höher als die Drehzahl des Schwungrades 6. Beim Entladen des Schwungradspeichers ist die Drehzahl der Schwungradwelle 4 niedriger als die Drehzahl des Schwungrades 6.When charging the flywheel accumulator, the speed of the flywheel shaft 4 is higher than that Speed of flywheel 6. When discharging the flywheel accumulator, the speed of flywheel shaft 4 is lower than the speed of flywheel 6.

Das zwischen Motor 1 und Schwungradwelle 4 vorgesehene Schaltgetriebe 3 wird daher beim Aufladen mit einer ersten Übersetzung betrieben und beim Entladen mit einer zweiten Übersetzung. Beim Wechseln der Betriebsart wird somit das Schaltgetriebe 3 umgeschaltet.The gearbox 3 provided between the engine 1 and the flywheel shaft 4 is therefore operated with a first translation when charging and with a second translation when discharging. When changing the operating mode, the manual transmission 3 is switched over.

Vorzugsweise sind erste und zweite Übersetzungszahl reziprok zueinander, also deren Produkt gleich Eins. In diesem Fall ist das Schaltgetriebe 3 besonders einfach und kostengünstig zu realisieren.The first and second gear ratio numbers are preferably reciprocal to one another, ie their product is equal to one. In this case, the gearbox 3 can be implemented in a particularly simple and cost-effective manner.

Während des Schaltvorgangs wird das Schwungrad 6 elektrodynamisch entkoppelt von der Schwungradwelle 4 und somit ein niedriges Trägheitsmoment realisiert, um die notwendige neue Drehzahl bei Abschluss des Schaltvorgangs schneller zu erreichen.During the shifting process, the flywheel 6 is electrodynamically decoupled from the flywheel shaft 4 and thus a low moment of inertia is realized in order to reach the necessary new speed more quickly when the shifting process is completed.

Vorzugsweise ist die Übersetzung ILADEN des Schaltgetriebes beim Aufladen des Schwungrades größer als 1 und wird vorzugsweise gewählt als I L A D E N = S R M A X M W M I N ,

Figure DE102008050942B4_0001
wobei SRMAX die maximal zulässige Drehzahl des Schwungrades und MWMIN die minimale Motorwellendrehzahl beträgt. Der Schlupf beträgt s = n S W n S R n S W
Figure DE102008050942B4_0002
Die Übersetzungszahl iENTLADEN beim Entladen ist vorzugsweise kleiner gewählt als i E N T L A D E N , M A X = 1 1 S M I N ,
Figure DE102008050942B4_0003
wobei sMIN der minimal zulässige übersynchrone Schlupf ist. In 2 ist diese Beziehung veranschaulicht, indem iENTLADEN als Funktion von sMIN dargestellt ist.Preferably, the ratio I CHARGING of the manual transmission when charging the flywheel is greater than 1 and is preferably selected as I L A D E N = S R M A X M W M I N ,
Figure DE102008050942B4_0001
where SR MAX is the maximum allowable speed of the flywheel and MW MIN is the minimum engine shaft speed. The slip is s = n S W n S R n S W
Figure DE102008050942B4_0002
The ratio number i ENTLADEN during discharging is preferably chosen to be smaller than i E N T L A D E N , M A X = 1 1 S M I N ,
Figure DE102008050942B4_0003
where s MIN is the minimum allowable oversynchronous slip. In 2 Figure 1 illustrates this relationship by plotting i DISCHARGE as a function of s MIN .

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für die genannten reziproken Übersetzungszahlen sind 6 und 1/6. Somit wird bei einer konstanten Motorumdrehungszahl von 10.000 Umdrehungen pro Minute das Schwungrad auf 60.000 Umdrehungen pro Minute beschleunigt.An advantageous exemplary embodiment for the reciprocal gear ratios mentioned are 6 and 1/6. Thus, at a constant engine speed of 10,000 revolutions per minute, the flywheel is accelerated to 60,000 revolutions per minute.

Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen weist das Schaltgetriebe weitere durch Schalten wählbare Übersetzungszahlen auf. Somit lässt sich eine noch höhere Effektivität erreichen. Bei Verwendung eines Getriebes mit kontinuierlicher Übersetzung anstatt eines Schaltgetriebes lässt sich sogar eine schlupfabhängig verlustminimal ausgerichtete Steuerung oder Regelung anwenden, bei der das Übersetzungsverhältnis derart gestellt wird, dass insgesamt möglichst geringe Verlustleistung auftritt und/oder die Dynamik möglichst hoch ist. Dabei wird unter einer hohen Dynamik eine Betriebsmöglichkeit verstanden, bei der in möglichst kurzer Zeit die vorgegebenen Soll-Drehmomente und/oder Soll-Geschwindigkeiten erreicht werden.In further exemplary embodiments according to the invention, the manual transmission has further transmission ratios that can be selected by shifting. An even higher effectiveness can thus be achieved. When using a transmission with a continuous transmission ratio instead of a manual transmission, it is even possible to use a slip-dependent, loss-minimum-loss control or regulation, in which the transmission ratio is set in such a way that the overall power loss is as low as possible and/or the dynamics are as high as possible. In this case, high dynamics is understood to mean an operating option in which the specified setpoint torques and/or setpoint speeds are achieved in the shortest possible time.

Bei einem weiteren nicht-beanspruchten Ausführungsbeispiel ist für den Betrieb bei dauerhaft konstanter Drehzahl eine Freilaufkupplung vorsehbar, um die Reibungsverluste zu reduzieren und bei Bedarf eine noch höhere Dynamik zu erreichen.In a further non-claimed exemplary embodiment, an overrunning clutch can be provided for operation at a permanently constant speed in order to reduce the friction losses and, if required, to achieve even greater dynamics.

Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist statt des Schaltgetriebes ein Getriebe mit kontinuierlich steuerbarer oder regelbarer Übersetzungszahl eingesetzt. In a further exemplary embodiment according to the invention, a transmission with a continuously controllable or adjustable number of gear ratios is used instead of the manual transmission.

Vorzugsweise wird der Motor 1 als Verbrennungsmotor ausgeführt. Alternativ ist er aber auch als Elektromotor ausführbar.The engine 1 is preferably designed as an internal combustion engine. Alternatively, it can also be designed as an electric motor.

BezugszeichenlisteReference List

11
Motor, insbesondere VerbrennungsmotorEngine, especially internal combustion engine
22
Motorwellemotor shaft
33
Schaltgetriebe, Getriebemanual transmission, transmission
44
Schwungradwelleflywheel shaft
55
Feldspulenfield coils
66
Schwungrad mit AußenkäfigFlywheel with outer cage
77
Erregermaschineexciter machine
ILADENILOAD
Übersetzung des Schaltgetriebes beim Aufladen des SchwungradesTranslation of the manual transmission when charging the flywheel
iENTLADENiUNLOAD
Übersetzung des Schaltgetriebes beim Entladen des SchwungradesTranslation of the manual transmission when unloading the flywheel
iENTLADEN,MAXiUNLOAD,MAX
maximale Übersetzung des Schaltgetriebes beim Entladen des Schwungradesmaximum gear ratio of the manual transmission when unloading the flywheel
MWMINMWMIN
minimale Motorwellendrehzahlminimum motor shaft speed
nSRnSR
Drehzahl des SchwundradesRPM of the flywheel
nSWnSW
Drehzahl der SchwungradwelleFlywheel shaft speed
ss
Schlupfslip
sMINsMIN
minimal zulässiger übersynchrone Schlupfminimum allowable oversynchronous slip
SRMAXSRMAX
maximal zulässige Drehzahl des Schwungradesmaximum permissible speed of the flywheel

Claims (6)

System mit Schwungradspeicher, wobei ein Schwungrad (6) relativ drehbar gelagert ist zu einer Schwungradwelle (4), wobei die Schwungradwelle (4) über ein Schaltgetriebe (3), also ein Getriebe (3) mit steuerbarer Übersetzungszahl, mit einem Motor (1) verbunden ist, wobei an der Schwungradwelle (4) mit Strom beaufschlagbare Feldspulen (5) angeordnet sind zur Erzeugung eines Erregerfeldes, wobei mit dem Schwungrad (6) ein Kurzschlusskäfig verbunden ist, wobei die Feldspulen (5) an der Schwungradwelle (4) in Umfangsrichtung nacheinander angeordnet sind zur Erzeugung eines radial orientierten Magnetfeldes im selben radialen und axialen Bereich, wobei die Bestromung derart ausgeführt ist, dass benachbarte Feldspulen ein jeweils entgegengerichtetes Magnetfeld erzeugen, wobei am axialen Endbereich der Schwungradwelle (4) eine Erregermaschine (7) angeordnet ist, deren drehbar gelagerter Teil, also Rotor, mit der Schwungradwelle (4) verbunden ist, wobei die Feldspulen (5) aus dem drehbar gelagerten Teil einer Erregermaschine (7) elektrisch versorgt sind, wobei der stationär angeordnete Teil, also Stator, der Erregermaschine (7) mit Gleichstrom beaufschlagte Felderregerspulen umfasst und der drehbar gelagerte Teil der Erregermaschine (7) eine Drehstromwicklung umfasst, wobei aus der Drehstromwicklung ein Gleichrichter gespeist wird, welcher die auf der Schwungradwelle (4) angeordneten Feldspulen (5) elektrisch versorgt, wobei die Schwungradwelle (4) Ausgangswelle des Getriebes (3), also Abtriebswelle, ist oder mit dieser verbunden ist und die Motorwelle (2) Eingangswelle des Getriebes (3) ist oder mit dieser verbunden ist, wobei mindestens zwei Übersetzungszahlen der mit dem Getriebe (3) wählbaren Übersetzungszahlen reziprok zueinander sind, wobei die Übersetzung ILADEN des Schaltgetriebes (3) beim Aufladen des Schwungrades (6) größer als 1 ist. System with a flywheel accumulator, in which a flywheel (6) is mounted so that it can rotate relative to a flywheel shaft (4), the flywheel shaft (4) being connected to a motor (1) via a manual transmission (3), i.e. a transmission (3) with a controllable number of gear ratios. connected, with field coils (5) which can be charged with current being arranged on the flywheel shaft (4) in order to generate an excitation field, with a squirrel-cage cage being connected with the flywheel (6), with the field coils (5) on the flywheel shaft (4) in the circumferential direction are arranged one after the other in order to generate a radially oriented magnetic field in the same radial and axial area, with the energization being carried out in such a way that adjacent field coils each generate a magnetic field directed in the opposite direction, with an exciter (7) being arranged on the axial end area of the flywheel shaft (4), the rotatably mounted part, i.e. rotor, is connected to the flywheel shaft (4), the field coils (5) from the rotatably mounted th part of an exciter (7) are electrically supplied, with the stationary part, i.e. the stator, of the exciter (7) comprising field excitation coils to which direct current is applied and the rotatably mounted part of the exciter (7) comprising a three-phase winding, with a rectifier being formed from the three-phase winding which supplies the field coils (5) arranged on the flywheel shaft (4) with electricity, with the flywheel shaft (4) being the output shaft of the gearbox (3), i.e. the driven shaft, or being connected to it, and the motor shaft (2) being the input shaft of the gearbox (3) or is connected to it, with at least two gear ratios of the gear ratios that can be selected with the gear (3) being reciprocal to one another, the gear ratio I CHARGING of the manual transmission (3) being greater than 1 when the flywheel (6) is charged. System mit Schwungradspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlusskäfig nach Art eines Kurzschlusskäfigs eines Außenläufer-Asynchronmotors ausgeführt ist.system with flywheel accumulator claim 1 , characterized in that the squirrel cage is designed in the manner of a squirrel cage of an external rotor asynchronous motor. System mit Schwungradspeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungradwelle (4) direkt oder indirekt mit einer Motorwelle eines Verbrennungsmotors (1) verbunden ist.System with flywheel accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that the flywheel shaft (4) is connected directly or indirectly to an engine shaft of an internal combustion engine (1). System mit Schwungradspeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3) mit diskret oder kontinuierlich steuerbarer Übersetzungszahl ausgeführt ist, also wobei das Getriebe (3) ein Schaltgetriebe (3) ist.System with a flywheel accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that the gear (3) is designed with a discretely or continuously controllable number of gear ratios, ie the gear (3) is a manual gear (3). System mit Schwungradspeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung ILADEN des Schaltgetriebes beim Aufladen des Schwungrades (6) gewählt ist als I L A D E N = S R M A X M W M I N ,
Figure DE102008050942B4_0004
wobei SRMAX die maximal zulässige Drehzahl des Schwungrades (6) und MWMIN die minimale Motorwellendrehzahl, und wobei die Übersetzungszahl iENTLADEN beim Entladen vorzugsweise kleiner gewählt ist als i E N T L A D E N , M A X = 1 1 S M I N
Figure DE102008050942B4_0005
wobei smin der minimal zulässige übersynchrone Schlupf ist.
System with a flywheel accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio I CHARGING of the gearbox when charging the flywheel (6) is selected as I L A D E N = S R M A X M W M I N ,
Figure DE102008050942B4_0004
where SR MAX is the maximum permissible speed of the flywheel (6) and MW MIN is the minimum engine shaft speed, and where the transmission ratio i ENTLADEN is preferably selected to be less than when discharging i E N T L A D E N , M A X = 1 1 S M I N
Figure DE102008050942B4_0005
where s min is the minimum allowable oversynchronous slip.
Verfahren zum Steuern eines Systems mit Schwungradspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen dem die Schwungradwelle (4) antreibenden Motor (1) und der Schwungradwelle (4) ein Getriebe (3) angeordnet ist, dessen Übersetzungszahl vorgegeben wird, wobei beim Laden des Schwungradspeichers die Übersetzungszahl höher gewählt wird als beim Entladen des Schwungradspeichers.Method for controlling a system with a flywheel accumulator according to one of the preceding claims, wherein between the motor (1) driving the flywheel shaft (4) and the flywheel shaft (4) a gear (3) is arranged, the gear ratio of which is specified, with loading of the flywheel accumulator the gear ratio selected is higher than when discharging the flywheel accumulator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3312185A1 (en) 1982-12-06 1984-10-11 Adam Opel AG, 6090 Rüsselsheim Motor vehicle hybrid drive device
US5384521A (en) 1992-09-25 1995-01-24 Coe; Carlos J. Power capacitor powertrain
DE19518672A1 (en) 1995-05-20 1996-11-21 Fev Motorentech Gmbh & Co Kg Hand wheel arrangement for machine system

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