DE102012215286A1

DE102012215286A1 - Gegenläufige elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102012215286A1
Application number: DE102012215286A
Authority: DE
Inventors: Alfredo R. Munoz; Michael W. Degner; Michael T. Berhan; Shaun G. Knowles; Thomas A. McGinn
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2013-03-14
Also published as: CN102991332A; US20130065718A1; CN102991332B

Abstract

Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang enthält einen Motor, einen Motor/Generator, der einen Rotor enthält, und ein Getriebe, das einen mit dem Motor antriebsverbundenen Eingang und einen an dem Rotor befestigten Ausgang, der in einer Drehrichtung angetrieben wird, die der des Eingangs entgegengesetzt ist, enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Entgegenwirken eines durch eine Energiequelle, wie zum Beispiel einen Motor, insbesondere in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang, erzeugten Rollmoments.
Wenn eine an einem Rahmen gestützte rotierende Masse um die Rotationsachse beschleunigt oder verlangsamt wird, wird ein dynamisches Reaktionsmoment auf den Rahmen übertragen. Dieses Reaktionsmoment, das als Rollmoment bekannt ist, neigt dazu, die gesamte Anordnung um die Drehachse zu drehen. Wenn der Rahmen an elastischen Lagerungen angebracht ist, erfährt der gesamte Rahmen jedes Mal dann, wenn eine Beschleunigung oder Verzögerung der Masse erzeugt wird, eine kleine Drehung bezüglich der stationären Position. Um diesen Bewegungen Rechnung zu tragen und zu verhindern, dass die Anordnung gegen andere Objekte in naher Umgebung trifft, ist um die Anordnung herum extra Raum erforderlich. Das Rollmoment erzeugt auch zusätzliche Materialspannung in dem Träger, an dem die Masse angebracht ist.
In einem Kraftfahrzeug, dessen zur Verfügung stehender Raum im Motorraum sehr begrenzt ist, ist wenig Platz um irgendeine Anordnung oder um irgendein System herum. Insbesondere neigt der Motor eines Fahrzeugs dazu, bei plötzlichen Beschleunigungen ein ziemlich großes Rollmoment aufzuweisen, was zu verschwendetem Platz um den Motor und das Getriebe herum führt, da die Anordnung auf den am Fahrzeugchassis positionierten elastischen Motorträgern rollt. Wenn eine Drehlast so an der Motorausgangswelle befestigt ist, dass diese Last dem Rollmoment des kombinierten Motorlastsystems entgegenwirken und es reduzieren würde, kann die Schaukelbewegung der Motorlast reduziert werden, wodurch das Ausmaß an verschwendetem Platz reduziert wird.
Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang enthält einen Motor, einen Motor/Generator, der einen Rotor enthält, und ein Getriebe, das einen mit dem Motor antriebsverbundenen Eingang und einen an dem Rotor befestigten Ausgang enthält, der in einer Drehrichtung angetrieben wird, die der des Eingangs entgegengesetzt ist.
Indem der Genset-Rotor (genset – generator-gearbox set/Generator-Getriebe-Satz) und die Motorwelle 14 in entgegen gesetzten Richtungen drehen, wird das Nettorollmoment während plötzlicher Motorbeschleunigungen und -verzögerungen reduziert, wodurch die relative Bewegung des Antriebsstrangsystems bezüglich der Montageansätze reduziert wird.
Die Verwendung eines Getriebes zwischen dem Generator und dem Motor unterstützt die Reduzierung des Gesamtpackungsvolumens/-gewichts und verbessert den Gesamtwirkungsgrad des Systems. Es kann ein geeignetes Übersetzungsverhältnis gewählt werden, und der Generator kann für optimale Leistung und minimale Größe ausgeführt werden, während auf das Motordrehzahl- vs. Drehmomentprofil abgestimmt ist.
Aufgrund der geringeren relativen Motorbewegung können andere Motorraum-Untersysteme dichter am Motor gepackt werden, wodurch sich neue raumsparende Möglichkeiten ergeben.
Der Umfang der bevorzugten Ausführungsform geht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezielle Beispiele zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen, aber nur der Veranschaulichung dienen. Verschiedene Änderungen und Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen und Beispielen werden für den Fachmann offensichtlich.
Durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung verständlicher; in den Zeichnungen zeigen:
1 eine Draufsicht eines Antriebsstrangs für ein Hybridelektrofahrzeug;
2 einen Querschnitt an einer diametralen Ebene durch eine elektrische Maschine und eine Planetenradeinheit des Antriebsstrangs von 1; und
3 ein Schemadiagramm einer alternativen Anordnung des Planetengetriebes.
Nunmehr auf die Zeichnungen Bezug nehmend, enthält ein Antriebsstrang 10 zur Verwendung in einem SHEV (series hybrid electric vehicle/Reihen-Hybridelektrofahrzeug) einen elektrischen Generator-Getriebe-Satz 12 (auch Genset genannt), der mit der Kurbelwelle 14 eines Verbrennungsmotors 16 antriebsverbunden ist; einen Fahrmotor 18, der mit dem Motor 16 und dem Genset 12 in Reihe geschaltet ist; ein Getriebe 20, das mit dem Fahrmotor zur Erzeugung einer Reihe von Vorwärtsverhältnissen der Drehzahl des Fahrmotors, geteilt durch die Drehzahl des Getriebeausgangs, und des Rückwärtsgangs antriebsverbunden ist; und Antriebsräder 22, 24 des Fahrzeugs. Zwischen dem Motor 16 und den Antriebsrädern 18, 20 besteht keine direkte mechanische Verbindung.
Der Genset 12 umfaßt einen Motor-Generator 26 und ein Planetengetriebe 28, die zwischen der Motorkurbelwelle 14 und dem Fahrmotor 18 in Reihe angeordnet sind. Der Elektromotor/Generator 26 ist mechanisch mit einer gegenläufigen Planetengetriebeeinheit 28 gekoppelt.
Die Getriebeeinheit 28 enthält ein Sonnenrad 30, ein Hohlrad 32, einen Planetenträger 34 und Planetenräder 36, die auf dem Träger gestützt werden und mit dem Sonnenrad 30 und dem Hohlrad 32 kämmen. Eine Eingangswelle 38 ist an dem Hohlrad 32 befestigt. Ein Torsionsdämpfer 40 verbindet die Kurbelwelle 14 und die Eingangswelle 38. Wie in 2 gezeigt, ist der Rotor 42 des Motor/Generators 26 mit dem Sonnenrad 30 verbunden, und der Stator 44 ist verankert, um sein Drehen zu verhindern. Der Träger 34 der Getriebeeinheit 28 ist bei 46 auch verankert, um sein Drehen zu verhindern. Obgleich es sich hier um die bevorzugte Konfiguration handelt, versteht sich, dass auch eine Drehung des Trägers 34 gestattet werden könnte. Wenn der Träger rutscht und das auf die umliegende Struktur übertragene resultierende Moment reduziert wird, kann dies im Hinblick auf NVH von Vorteil sein.
Aufgrund dessen, dass von dem Träger 34 Torsionsreaktion der Getriebeeinheit 28 bereitgestellt wird, werden das Sonnenrad 30, die Welle 48 und der Rotor 42 des Motor/Generators 26 bezüglich der Drehzahl der Kurbelwelle 14 und der Eingangswelle 38 mit höherer Drehzahl angetrieben. Das Sonnenrad 30, die Welle 48 und der Rotor 42 des Motor/Generators 26 drehen sich in der entgegen gesetzten Richtung von der Drehrichtung der Kurbelwelle 14 und der Eingangswelle 38.
Die Eingangswelle 38 wird auf einem in einem Gehäuse angeordneten Lager 50 gestützt. Der Rotor 42 wird auf in einem Gehäuse angeordneten Lagern 52, 54 gestützt. Drucklager 56, 58, 60 reagieren auf die Gehäusedruckkräfte, die durch die Verwendung von Schrägstirnrädern im Planetengetriebe 28 erzeugt werden.
Eine hydraulische Pumpe 62, die durch die Rotorwelle drehangetrieben wird, liefert Hydraulikleitungsdruck für das Getriebe 20, das Planetengetriebe 28 und die Lager.
Der Motor/Generator 26 ist durch Leiter 64 mit dem Fahrmotor 18 elektrisch verbunden.
Die Planetengetriebeeinheit 28 ist kompakt, effizient und erreicht die Gegenlaufdrehungswirkung und hält die Achse des Rotors 42 und die Achse der Eingangswelle 38 aufeinander ausgerichtet, wodurch ein gegenläufig gerichtetes Rollmoment auf das Antriebsaggregat 16 übertragen wird, das dahingehend wirkt, das durch den Motor 16 erzeugte Rollmoment zumindest teilweise aufzuheben.
Es könnten auch andere Planetengetriebekonfigurationen verwendet werden, solange sich die Eingangswelle und der Generatorrotor in entgegen gesetzten Richtungen drehen. Wenn zum Beispiel, wie in 3 gezeigt, das Sonnenrad 30 an der Eingangswelle 38 befestigt wäre, das Hohlrad 32 an der Welle 48 und am Rotor 42 befestigt wäre, und der Träger gegen Drehung gesichert gehalten wird, würden sich das Hohlrad 32, die Welle 48 und der Rotor 42 des Motor/Generators 26 in die entgegen gesetzte Richtung von der Drehrichtung der Kurbelwelle 14 und langsamer als die Drehzahl der Kurbelwelle 14 und der Eingangswelle 38 drehen.
Da sich der Motor/Generator-Rotor 42 und die Motorwelle 14 in entgegen gesetzten Richtungen drehen, wird das Nettorollmoment während plötzlicher Motorbeschleunigungen und -verzögerungen reduziert, wodurch die relative Bewegung des Antriebsstrangsystems 10 bezüglich der Montageansätze, wie zum Beispiel Motorträger, auch reduziert wird. Darüber hinaus unterstützt die Verwendung eines Getriebes zwischen dem Generator und dem Motor die Reduzierung des Gesamtpackungsvolumens/-gewichts und verbessert den Gesamtsystem-wirkungsgrad. Durch Auswahl des geeigneten Übersetzungsverhältnisses kann der Generator für optimale Leistung und minimale Größe ausgeführt werden, während er auf das Motordrehzahl- vs. Drehmomentprofil abgestimmt ist.
Aufgrund der kleineren relativen Motorbewegung können andere Motorraum-Untersysteme dichter am Motor 16 gepackt werden, wodurch sich neue raumsparende Möglichkeiten ergeben. Hinsichtlich des Motor/Generators 26 ist die Drehrichtung unwichtig. Deshalb ergibt sich aufgrund des gegenläufigen Getriebes 28 und Motor/Generators 26 kein Nachteil.
Obgleich die Beschreibung auf einer Reihen-Generatortopologie beruht, versteht sich, dass diese Anordnung und ihre Vorteile in jeglicher Situation verwendet werden könnten, in der ein Motor an einer rotierenden Last befestigt ist.
Die bevorzugte Ausführungsform ist gemäß den Vorschriften der Patentbestimmungen beschrieben worden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die alternativen Ausführungsformen auch auf andere Weise durchgeführt werden können, als speziell dargestellt und beschrieben wurde.

Claims

Kraftfahrzeugantriebsstrang, der Folgendes umfaßt: einen Motor; einen Motor/Generator, der einen Rotor enthält; und ein Getriebe, das einen mit dem Motor antriebsverbundenen Eingang und einen an dem Rotor befestigten Ausgang enthält, der in einer Drehrichtung angetrieben wird, die der des Eingangs entgegengesetzt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Ausgang bezüglich der Drehzahl des Eingangs mit höherer Drehzahl angetrieben wird.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei das Getriebe Folgendes enthält: ein mit dem Ausgang verbundenes Sonnenrad; ein mit dem Eingang verbundenes Hohlrad; einen gegen Drehung gesicherten Planetenträger; und am Träger gestützte Planetenräder, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der Ausgang bezüglich der Drehzahl des Eingangs mit geringerer Drehzahl angetrieben wird.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei das Getriebe Folgendes enthält: ein mit dem Eingang verbundenes Sonnenrad; ein mit dem Ausgang verbundenes Hohlrad; einen gegen Drehung gesicherten Planetenträger; und am Träger gestützte Planetenräder, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, der weiterhin Folgendes umfaßt: einen Fahrmotor; angetriebene Räder des Fahrzeugs; und ein Getriebe, das einen mit den angetriebenen Rädern verbundenen zweiten Ausgang enthält, wobei das Getriebe eine Reihe von Vorwärtsverhältnissen einer Drehzahl des Fahrmotors, geteilt durch eine Drehzahl des zweiten Ausgangs, und einen Rückwärtsgang erzeugt.