DE102013200664A1

DE102013200664A1 - Elektromotoranordnung mit elektrischer Phasenverschiebung von Rotorsegmenten, um eine gegenelektromotorische Kraft zu verringern

Info

Publication number: DE102013200664A1
Application number: DE102013200664A
Authority: DE
Inventors: Mark A. Theobald; Peter J. Savagian; Alan G. Holmes
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-07-25
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: US9077227B2; CN103219828A; CN103219828B; US20130187501A1; DE102013200664B4

Abstract

Eine Elektromotoranordnung enthält einen Stator mit einem ersten Satz elektrischer Wicklungen. Die Motoranordnung enthält eine Rotoranordnung, die um eine Rotationsachse drehbar ist und die einen Rotor mit ersten und zweiten Rotorsegmenten aufweist. Jedes der Rotorsegmente weist einen jeweiligen Satz von Magneten auf, die darum umlaufend beabstandet sind. Die Motoranordnung weist einen Phasensteller auf, der ein Phasenstellerstellglied und einen Phasenstellergetriebemechanismus enthält. Der Phasenstellergetriebemechanismus weist mehrere Elemente auf. Das Phasenstellerstellglied und die ersten und zweiten Rotorsegmente sind jeweils mit jeweils anderen der Elemente wirksam verbunden. Das Phasenstellerstellglied ist aktivierbar, um eine Winkelposition des Elements zu verändern, mit dem das Phasenstellerstellglied wirksam verbunden ist, wodurch eines der Rotorsegmente um die Rotationsachse relativ zum anderen der Rotorsegmente bewegt wird, um eine gegenelektromotorische Kraft im ersten Satz Statorwicklungen zu verringern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Elektromotoranordnung.
HINTERGRUND
Einige Elektromotoren/Generatoren werden als Permanentmagnetmotoren bezeichnet. Diese Motoren weisen einen Stator mit Wicklungen auf, die einen dreiphasigen Wechselstrom führen, der eine elektromotorische Kraft zum Drehen eines Rotors, der Permanentmagnete aufweist, erzeugt. Gleichzeitig erzeugen die rotierenden Magnetfelder der Permanentmagnete eine ”gegenelektromotorische Kraft” (EMK) in den Wicklungen. Die so genannte gegenelektromotorische Kraft ist eine Spannung, die der Spannung in den Statorwicklungen entgegenwirkt. Die Stärke des Magnetfelds und die gegenelektromotorische Kraft, die auf jede Phase der Statorwicklung einwirken, variieren sinusförmig mit der Drehposition des Rotors. Der Mittelwert der gegenelektromotorischen Kraft ist proportional zu der Drehzahl des Rotors. Bei Bedingungen mit niedriger Drehzahl ist die durch die gegenelektromotorische Kraft in den Wicklungen erzeugte Spannung relativ gering, und die gegenelektromotorische Kraft wird im Vergleich mit der Eingangsspannung unbedeutend sein. Bei hohen Ausgangsdrehzahlen ist die durch die gegenelektromotorische Kraft in den Wicklungen erzeugte Spannung relativ hoch und wesentlich im Vergleich zu der Maximalspannung, die an die Wicklungen angelegt werden kann, so dass ohne eine Reduktion des Magnetfelds des Rotors nur wenig oder kein Strom in den Wicklungen fließen wird.
Typischerweise wird ein Feldschwächstrom an die Statorwicklungen angelegt, um das Magnetfeld und die gegenelektromotorische Kraft zu unterdrücken, so dass ein Drehmomenterzeugungsstrom bei hohen Rotordrehzahlen frei oder freier durch die Wicklungen fließen wird. Eine mechanische Reduktion der gegenelektromotorischen Kraft, speziell bei Bedingungen mit hoher Drehzahl, könnte den Wirkungsgrad des Motors/Generators signifikant verbessern, indem der Bedarf für Feldschwächströme durch die Statorwicklungen verringert oder beseitigt wird, so dass alle Ströme, die durch die Statorwicklungen fließen, der Produktion von Drehmoment und damit von Nutzarbeit dienen.
ZUSAMMENFASSUNG
Indem der Rotor eines Radialflussmotors in axiale Abschnitte oder Segmente unterteilt wird, die alle einen oder mehrere Sätze von Permanentmagneten aufweisen, und von denen sich mindestens einer bzw. eines relativ zu den anderen um die Rotationsachse herum bewegen kann (d. h. abgeschrägt oder phasenverschoben wird), werden die Magnete um einen zunehmenden Betrag zueinander versetzt, wenn die gemeinsame Drehzahl der Rotorabschnitte zunimmt. Das Versetzen der Magnete zueinander verringert die Amplitude der sinusförmigen Veränderung bei der Magnetfeldstärke und der gegenelektromotorischen Kraft, die von den rotierenden Magneten erzeugt wird. Die Verringerung der gegenelektromotorischen Kraft ermöglicht eine Verringerung oder Beseitigung der Feldschwächströme, die angelegt werden müssen, und erhöht daher den Motorwirkungsgrad.
Es wird eine Elektromotoranordnung bereitgestellt, die einen Stator mit einem ersten Satz elektrischer Wicklungen enthält. Die Motoranordnung enthält eine Rotoranordnung, die um eine Rotationsachse herum drehbar ist und einen Rotor mit ersten und zweiten Rotorsegmenten aufweist. Jedes der Rotorsegmente weist einen jeweiligen Satz von Magneten auf, die um diese herum umlaufend beabstandet sind. Die Motoranordnung weist einen Phasensteller auf, der ein Phasenstellerstellglied und einen Phasenstellergetriebemechanismus enthält. Der Phasenstellergetriebemechanismus weist mehrere Elemente auf. Das Phasenstellerstellglied und die ersten und zweiten Rotorsegmente sind jeweils mit einem anderen der jeweiligen Elemente wirksam verbunden. Das Phasenstellerstellglied kann aktiviert werden, um eine Winkelposition eines der Elemente zu verändern, wodurch eines der Rotorsegmente relativ zu dem anderen Rotorsegment um die Rotationsachse herum bewegt wird, um eine gegenelektromotorische Kraft im ersten Satz Statorwicklungen zu verringern.
Bei einer Ausführungsform weist das Phasenstellerstellglied einen Phasenstellerrotor und einen Phasenstellerstator, der den Phasenstellerrotor umgibt, auf. Der Phasenstellerstator weist einen zweiten Satz elektrischer Wicklungen auf und bewirkt eine Veränderung einer Winkelposition des Phasenstellerrotors, wenn der zweite Satz elektrischer Wicklungen mit Leistung versorgt wird (d. h. wenn ein elektrischer Strom zu den Wicklungen des Phasenstellerstators fließt). Mindestens eines der Rotorsegmente ist mit dem Phasenstellerrotor wirksam verbunden und ausgestaltet, um sich um die Rotationsachse herum relativ zum anderen der Rotorsegmente zu bewegen, wenn sich die Winkelposition des Phasenstellerrotors verändert.
Bei einer Ausführungsform kann die Motoranordnung eine erste Welle enthalten, wobei der Phasenstellerrotor mit der ersten Welle wirksam verbunden ist, um eine Veränderung der Winkelposition der ersten Welle zu verursachen, wenn sich die Winkelposition des Phasenstellerrotors verändert. Eine zweite Welle ist an einem stationären Element, wie etwa einem Motorgehäuse, geerdet bzw. starr damit verbunden und mit der ersten Welle axial ausgerichtet.
Die Elemente des Phasenstellergetriebemechanismus können ein erstes Sonnenradelement, das an der ersten Welle montiert und damit bewegbar ist, ein zweites Sonnenradelement, das an der zweiten Welle montiert ist, ein erstes Hohlradelement, das an dem ersten Rotorsegment montiert ist und damit drehbar ist, ein zweites Hohlradelement, das an dem zweiten Rotorsegment montiert und damit drehbar ist, ein Trägerelement, einen ersten Ritzelsatz, der durch das Trägerelement abgestützt ist und mit dem ersten Sonnenradelement und dem ersten Hohlradelement kämmt, und einen zweiten Ritzelsatz, der durch das Trägerelement abgestützt ist und mit dem zweiten Sonnenradelement und mit dem zweiten Hohlradelement kämmt, aufweisen.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Erfindung auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Antriebsstrangs, der eine Elektromotoranordnung im Umfang der Erfindung aufweist;
2 ist eine schematische Darstellung in Frontansicht der Elektromotoranordnung von 1 mit einer entfernten Frontabdeckung;
3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts der Elektromotoranordnung von 1 und 2, die eine Ausführungsform eines Phasenstellerstellglieds und eines Phasenstellergetriebemechanismus zeigt;
4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts der Elektromotoranordnung von 1 und 2 mit einer alternativen Ausführungsform eines Phasenstellerstellglieds und eines Phasenstellergetriebemechanismus;
5 ist eine Seitenansichtsteildarstellung des Phasenstellers von 4;
6 ist eine beispielhafte Darstellung der gegenelektromotorischen Kraft über einem Verdrehwinkel für eine Elektromotoranordnung bei einer Phasenverschiebung von Rotorabschnitten; und
7 ist eine beispielhafte Darstellung eines Vergleichs eines Systemleistungsverlustes für eine Elektromotoranordnung gegenüber einer Drehmomentbelastung mit und ohne Verdrehen der Rotorabschnitte bei verschiedenen Drehzahlen der Rotorabschnitte.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten in den mehreren Ansichten bezeichnen, zeigt 1 ein Beispiel eines Antriebsstrangs 10, der eine Kraftmaschine 12 enthält, die mit einem Eingangselement 14 eines Getriebes 16 wirksam verbunden ist, um Leistung an ein Ausgangselement 18 des Getriebes 16 zu liefern. Der Antriebsstrang 10 kann ein Fahrzeugantriebsstrang sein, bei dem das Ausgangselement 18 mit (nicht gezeigten) Fahrzeugrädern verbunden ist, um eine Antriebskraft an den Rädern bereitzustellen. Das Getriebe 16 ist ein elektromechanisches Hybridgetriebe mit zwei Elektromotoranordnungen 20, 22, die mit verschiedenen Elementen einer Zahnradanordnung 24 verbunden sind, welche im Getriebe 16 enthalten ist. Die Elektromotoranordnungen 20, 22 werden hier als Motoren/Generatoren 20, 22 bezeichnet, da sie von einem Controller 26 so gesteuert werden können, dass sie bei verschiedenen Betriebsmodi des Getriebes 16 entweder als Motoren oder als Generatoren betrieben werden können. Im Umfang der beanspruchten Erfindung kann ein Antriebsstrang alternativ nur einen Motor/Generator aufweisen.
Der Controller 26 ist mit einer Energiespeichervorrichtung verbunden, etwa einer Batterie 28, und steuert den Leistungsfluss von der Batterie 28 zu einem der oder zu beiden Motoren/Generatoren 20, 22 durch einen Gleichrichter/Wechselrichter 30, wenn der Motor/Generator 20 und/oder 22 als Motor arbeitet, und er steuert den Leistungsfluss von einem oder beiden Motoren/Generatoren 20, 22 an die Batterie 28 über den Gleichrichter/Wechselrichter 30, wenn der Motor/Generator 20 und/oder der Motor/Generator 22 so gesteuert werden, dass sie als Generator arbeiten.
Die Motoren/Generatoren 20, 22 sind in Aufbau und Konstruktion im Wesentlichen gleich. Folglich wird der Motor/Generator 20 in weiterem Detail beschrieben und die Beschreibung trifft gleichermaßen für den Motor/Generator 22 zu. Der Motor/Generator 20 weist eine Rotoranordnung 32 auf, die einen auf einer Rotornabe 36 montierten Rotor 34 enthält, der mit einem Element der Zahnradanordnung 24 wirksam derart verbunden ist, dass die Rotoranordnung 32 um eine Rotationsachse 38 herum drehbar ist, welche bei dieser Ausführungsform gleich der Rotationsachse des Eingangselements 14 und des Ausgangselements 18 ist. Der Rotor 34 ist ein Permanentmagnetrotor, der Sätze von Magneten aufweist, die um seinen Umfang herum verteilt sind, wie hier weiter beschrieben und in 2 und 3 gezeigt ist.
Um eine gegenelektromotorische Kraft zu verringern, die bei Rotoren vom Permanentmagnettyp auftritt, sind die Rotornabe 36 und der Rotor 34 jeweils in mehrere axiale Abschnitte unterteilt und sind so ausgestaltet, dass sie ermöglichen, dass mindestens einer der Abschnitte relativ zu den anderen phasenverschoben wird, wie hier weiter beschrieben wird. Der Motor/Generator 20 weist auch einen Stator 40 auf, der an einem stationären (d. h. nicht rotierenden) Element montiert ist, etwa einem Gehäuse 57 des Motors/Generators 20 oder des Getriebes 16. Elektrische Wicklungen 44 erstrecken sich zwischen den zwei axialen Enden des Stators 40. Bei der Verwendung hierin sind die elektrischen Wicklungen 44 ein erster Satz elektrischer Wicklungen. Leistung von der Batterie 28 wird durch den Gleichrichter/Wechselrichter 30 unter der Steuerung des Controllers 26 als Wechselstrom an die Wicklungen 44 geliefert.
Mit Bezug auf 3 ist der Motor/Generator 20 in größerem Detail gezeigt. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst die Rotornabe 36 einen ersten Rotornabenabschnitt 50 und einen zweiten Rotornabenabschnitt 52. Der Rotor 34 umfasst einen ersten Rotorabschnitt 54, der zur Rotation mit dem ersten Rotornabenabschnitt 50 gelagert ist, und einen zweiten Rotorabschnitt 56, der zur Rotation mit dem zweiten Rotornabenabschnitt 52 gelagert ist. Die Rotorabschnitte 54, 56 werden hier auch als Rotorsegmente bezeichnet. Die Rotorabschnitte 54 und 56 und die Nabenabschnitte 50, 52 sind axial ein wenig voneinander beabstandet. Die Rotorabschnitte 54, 56 sind durch einen Phasensteller wirksam verbunden, der einen Phasenstellergetriebemechanismus 46 und ein Phasenstellerstellglied 51 umfasst. Die Rotorabschnitte 54, 56 können durch das Phasenstellerstellglied 51 relativ zueinander um einen Winkel verstellt werden, wie hier weiter beschrieben wird. Ein ”Phasenstellergetriebemechanismus” kann, so wie er hier verwendet wird, ein beliebiger Mechanismus sein, der ausgestaltet ist, um einen Unterschied bei der Winkelposition zwischen zwei Komponenten des Mechanismus herzustellen. Bei den hier gezeigten Ausführungsformen und wie nachstehend weiter erörtert wird, ist der Phasenstellergetriebemechanismus 46 ein paralleles Paar von Zahnradsätzen zur Drehzahlverringerung. Bei den hier gezeigten Ausführungsformen ist das Phasenstellerstellglied 51, 251 ein Elektromotor. Bei anderen Ausführungsformen kann das Phasenstellerstellglied 51 oder 251 ein Hydraulikmotor oder eine andere Art von Stellglied sein.
Wie in 2 gezeigt ist, in der eine Stirnabdeckung 58 (siehe 2) des Motors/Generators 20 entfernt ist, weist der Rotorabschnitt 56 einen Satz von Magneten 60, 62 auf, die um seinen Umfang herum verteilt sind. Der Satz von Magneten 60, 62 wird hier als ein erster oder als ein zweiter Satz von Magneten bezeichnet. Ein durch die Wicklungen 44 des Stators 40 laufender Strom erzeugt eine magnetische Kraft, welche die Magnete 60, 62 abwechselnd anzieht und abstößt. Die magnetische Kraft erzeugt ein Drehmoment, um den Rotorabschnitt 56 zu drehen. Ein in 3 gezeigter zusätzlicher Satz von Magneten 66, 68 ist um den Umfang des Rotorabschnitts 54 herum verteilt. Der Satz von Magneten 66, 68 wird hier als ein zweiter Satz von Magneten bezeichnet (oder als ein erster Satz von Magneten, wenn der Satz von Magneten 60, 62 als ein zweiter Satz von Magneten bezeichnet wird). Die Magnete 66, 68 sind relativ zueinander mit dem gleichen Schrägungsmuster wie die Magnete 60, 62 angeordnet. Ein durch die Wicklungen 44 des Stators 40 laufender Strom erzeugt eine magnetische Kraft, welche die Magnete 66, 68 abwechselnd anzieht und abstößt. Die magnetische Kraft erzeugt ein Drehmoment, um den Rotorabschnitt 54 zu drehen. Da der Satz von Magneten 60, 62 im Wesentlichen identisch zum Satz von Magneten 66, 68 ist, bewirkt der Strom, der durch die Wicklungen 44 läuft, dass die Abschnitte 54, 56 mit der gleichen Drehzahl rotieren, obwohl sie axial voneinander getrennt sind.
Die Rotoranordnung 32 ist mit einem Phasenstellerstellglied 51 und einem Phasenstellergetriebemechanismus 46 ausgestaltet, die ermöglichen, dass sich der Rotorabschnitt 54 relativ zu dem anderen Rotorabschnitt 56 um die Rotationsachse 38 bewegt, wodurch er seine Winkelposition relativ zum Rotorabschnitt 56 verändert. Die Bewegung, die auch als Winkelverdrehung oder Phasenverschiebung bezeichnet wird, wird durch eine Aktivierung des Phasenstellerstellglieds 51 bewerkstelligt, welche bei dieser Ausführungsform durch einen elektrischen Leistungsfluss bewerkstelligt wird, der durch den Controller 26 bestimmt wird. Die Größe der Phasenverschiebung steigt an, wenn die Drehzahl der Rotorabschnitte 54, 56 der Rotoranordnung 32 ansteigt. Die mit zunehmender Rotordrehzahl zunehmende Verdrehung verringert die gegenelektromotorische Kraft, die anderenfalls dazu tendiert, mit zunehmender Rotordrehzahl anzusteigen, auf bessere Weise.
Bei den in 3–5 gezeigten Ausführungsformen tritt die Relativbewegung aufgrund des Phasenstellerstellglieds 51 oder 251 und des Phasenstellergetriebemechanismus 46 auf. Speziell mit Bezug auf 3 weist das Phasenstellerstellglied 51 einen Phasenstellerrotor 80 auf, der an einer ersten Welle 37 montiert ist und diese konzentrisch umgibt. Die erste Welle 37 ist eine Buchsenwelle. Eine feststehende Welle 39 ist koaxial zur ersten Welle 37 und erstreckt sich zur Montage am Gehäuse 57 durch die erste Welle 37 hindurch. Das Phasenstellerstellglied 51 weist einen Phasenstellerstator 81 auf, der an dem Gehäuse 57 montiert ist. Elektrische Wicklungen 83 erstrecken sich zwischen zwei axialen Enden des Phasenstellerstators 81. Die elektrischen Wicklungen 83 werden hier als ein zweiter Satz elektrischer Wicklungen bezeichnet. Unter der Steuerung des Controllers 26 fließt Leistung von der Batterie 28 durch den Gleichrichter/Wechselrichter 30 zu den Wicklungen 83, um das Phasenstellerstellglied 51 zu aktivieren.
Der Phasenstellerrotor 80 ist durch den Phasenstellergetriebemechanismus 46 mit dem ersten Rotorabschnitt 54 und mit dem zweiten Rotorabschnitt 56 wirksam verbunden. Der Controller 26 überwacht die Drehzahl der Rotorabschnitte 54, 56 auf der Grundlage von Sensorsignalen oder anderen Daten, die dem Controller 26 geliefert werden. Der Controller 26 ist mit einem gespeicherten Algorithmus ausgestaltet, der den Betrag einer Winkelbewegung des Rotorabschnitts 54 relativ zum Rotorabschnitt 56 bestimmt, welcher einem gewünschten Betrag an Reduktion der gegenelektromotorischen Kraft für eine gegebene Drehzahl der Rotorabschnitte 54, 56 entspricht. Der Controller 26 ist außerdem ausgestaltet, um den Betrag an elektrischer Leistung zu bestimmen, der an die Wicklungen 83 geliefert werden muss, um den gewünschten Betrag der Winkelbewegung des Rotors 80 und der damit verbundenen ersten Welle 37 und die entsprechende Bewegung des Rotorabschnitts 54 zur Verringerung der gegenelektromotorischen Kraft zu bewirken.
Der Phasenstellergetriebemechanismus 46 enthält mehrere Elemente, die ein erstes Sonnenradelement 72, ein zweites Sonnenradelement 82, ein erstes Hohlradelement 74 und ein zweites Hohlradelement 84 umfassen. Das erste Sonnenradelement 72 ist an der ersten Welle 37 starr montiert, um sich zusammen mit der ersten Welle 37 zu bewegen. Das zweite Sonnenradelement 82 ist an einer feststehende Welle 39 montiert und befestigt. Die feststehende Welle 39 ist mit der ersten Welle 37 axial ausgerichtet und ist am stationären Motorgehäuse 57 befestigt.
Die Elemente des Phasenstellergetriebemechanismus 46 umfassen ferner ein Trägerelement 76, das hier auch als das Ausgangselement des Phasensteller-Motors/Generators 20 bezeichnet wird. Bei anderen Ausführungsformen kann stattdessen eines der Hohlradelemente 74, 84 als das Ausgangselement des Motors/Generators 20 dienen, indem ein geeigneter Nabenabschnitt bereitgestellt wird, der sich aus dem Gehäuse 57 hinaus erstreckt, um ein Drehmoment an ein Element des Getriebes 16 zu liefern.
Die Elemente des Phasenstellergetriebemechanismus 46 umfassen auch einen ersten Ritzelsatz 78, der durch das Trägerelement 76 drehbar gelagert ist und mit dem ersten Sonnenradelement 72 und dem ersten Hohlradelement 74 kämmt, und einen zweiten Ritzelsatz 88, der durch das Trägerelement 76 drehbar gelagert ist und mit dem zweiten Sonnenradelement 82 und dem zweiten Hohlradelement 84 kämmt. Das erste Sonnenradelement 72, das Trägerelement 76 und das Hohlradelement 74 sind ein erster Zahnradsatz. Das zweite Sonnenradelement 82, das gemeinsame Trägerelement 76 und das Hohlradelement 84 sind ein zweiter Zahnradsatz. Beide Zahnradsätze sind ausgestaltet, um eine Winkelverschiebung von den Sonnenradelementen 72, 82 zum Trägerelement 76 zu verringern. Der Phasenstellergetriebemechanismus 46 ist folglich ein paralleles Paar von Drehzahlreduktionszahnradsätzen mit einer variablen Position für eines der Reaktionselemente (den Rotorabschnitt 54).
Wenn elektrische Leistung an die Wicklungen 83 des Phasenstellerstators 81 fließt, wird der Rotorabschnitt 54 seine Winkelposition um die Rotationsachse 38 relativ zum Rotorabschnitt 56 verändern, weil das zweite Sonnenradelement 82 auf der feststehenden Welle 39 stationär gehalten wird. Mit Bezug auf 2 ist eine Veränderung der Winkelposition als ein Winkel 89 dargestellt und dieser stellt den Betrag an Verdrehung dar, den der Rotorabschnitt 54 und die daran montierten Magnete 66, 68 relativ zum Rotorabschnitt 56 und den Magneten 60, 62 erfahren würden.
4 und 5 zeigen eine Motoranordnung 120, die der Motoranordnung 20 in allen Aspekten gleicht mit der Ausnahme, dass ein anderes Phasenstellerstellglied 251 anstelle des Phasenstellerstellglieds 51 verwendet wird und die erste Welle 37 im Hinblick auf die andere Konfiguration des Phasenstellerstellglieds 251 durch eine modifizierte erste Welle 137 ersetzt ist. Komponenten, die denjenigen der Motoranordnung 20 gleichen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, die in 3 verwendet werden. Die Beschreibung dieser Komponenten mit Bezug auf 3 gilt auch für 4 und 5.
Das Phasenstellerstellglied 251 enthält einen Phasenstellerrotor 280 und einen Phasenstellerstator 281, der am Motorgehäuse 57 befestigt ist, wie in 5 gezeigt ist. Elektrische Wicklungen 283 erstrecken sich zwischen zwei axialen Enden des Stators 281. Die elektrischen Wicklungen 283 werden hier als ein zweiter Satz elektrischer Wicklungen bezeichnet. Leistung fließt von der Batterie 28 gesteuert durch den Controller 26 durch den Gleichrichter/Wechselrichter 30 zu den Wicklungen 283, um eine Veränderung der Winkelposition des Phasenstellerrotors 280 zu veranlassen. Eine Motorwelle 290 erstreckt sich vom Phasenstellerrotor 280 aus und bewegt sich mit diesem um einen Winkel. Ein Schraubengewinde bzw. eine Schnecke 292 ist an der Motorwelle 290 montiert und bewegt sich auch mit der Motorwelle 290 und dem Phasenstellerrotor 280. Der Phasenstellerrotor 280 ist allgemein rechtwinklig zu der ersten Welle 137 an einer Achse 294 orientiert, um welche sich der Phasenstellerrotor 280 bewegt. Die Achse 294 ist allgemein rechtwinklig zu der Achse 38, um welche die Rotorabschnitte 54, 56 rotieren.
Die erste Welle 137 enthält ein Ritzel 293, das an der ersten Welle 137 montiert ist und sich damit bewegt. Die erste Welle 137 kann Außenzähne aufweisen, die das Ritzel 293 bilden, so dass das Ritzel 293 einstückig mit der ersten Welle 137 ist. Wenn sich der Phasenstellerrotor 280 bewegt, kämmt das Schraubengewinde 292 mit dem Ritzel 293 und bewirkt eine Veränderung der Winkelposition der ersten Welle 137, etwa um einen Winkel 289 in 5. Dies wiederum bewirkt, dass das Rotorsegment 54 seine Winkelposition verändert und dadurch zum Rotorsegment 56 um einen Winkel verschoben wird, um die gegenelektromotorische Kraft zu verringern.
Das Phasenstellerstellglied 251 ist zur Verriegelung ausgestaltet, um eine Relativbewegung zwischen den Rotorabschnitten 54, 56 im Wesentlichen zu verhindern, wenn der Phasenstellerstator 280 nicht mit Leistung versorgt wird. Wenn der Steigungswinkel des Schraubengewindes 292 relativ klein gehalten wird, wird das Schraubengewinde 292 einem Rückwärtsdrehen durch Kräfte widerstehen, die an der Welle 137 entstehen. Das Schraubengewinde 292 wird sich zur Veränderung der Winkelposition der ersten Welle 137 nur bewegen, wenn der Phasenstellerstator 280 mit Leistung versorgt wird.
6 ist eine beispielhafte Darstellung einer potentiellen Verringerung der gegenelektromotorischen Kraft, die auf der vertikalen Achse in Volt gezeigt ist, und mit verschiedenen Beträgen an Verdrehung oder Phasenverschiebung, die auf der horizontalen Achse in Grad gezeigt sind, für eine typische Motoranordnung bei einer Drehzahl des Rotors. 7 ist eine beispielhafte Darstellung eines Systemverlusts in Watt auf der vertikalen Achse über einem Drehmoment in Newtonmeter auf der horizontalen Achse für verschiedene Rotordrehzahlen. Der Systemverlust ohne Verdrehung ist für verschiedene Motordrehzahlen mit durchgezogenen Linien gezeigt und der Systemverlust mit Verdrehung oder Phasenverschiebung ist mit gestrichelten Linien für die gleichen Rotordrehzahlen gezeigt.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.

Claims

Elektromotoranordnung, umfassend: einen Stator mit einem ersten Satz elektrischer Wicklungen; eine Rotoranordnung, die um eine Rotationsachse drehbar ist und aufweist: einen Rotor mit ersten und zweiten Rotorsegmenten, wobei jedes der Rotorsegmente einen jeweiligen Satz von Magneten aufweist, die dort herum umlaufend beabstandet sind; und einen Phasensteller, der ein Phasenstellerstellglied und einen Phasenstellergetriebemechanismus enthält; wobei der Phasenstellergetriebemechanismus mehrere Elemente aufweist, wobei das Phasenstellerstellglied und das erste und zweite Rotorsegment jeweils mit einem jeweils anderen der Elemente wirksam verbunden sind; wobei das Phasenstellerstellglied aktivierbar ist, um eine Veränderung einer Winkelposition eines der Elemente zu bewirken, wodurch eines der Rotorsegmente um die Rotationsachse relativ zum anderen Rotorsegment bewegt wird, um eine gegenelektromotorische Kraft im ersten Satz Statorwicklungen zu verringern.
Elektromotoranordnung nach Anspruch 1, wobei das Phasenstellerstellglied einen Phasenstellerrotor und einen Phasenstellerstator aufweist; wobei der Phasenstellerstator den Phasenstellerrotor umgibt und einen zweiten Satz elektrischer Wicklungen aufweist; wobei der Phasenstellerstator eine Veränderung der Winkelposition des Phasenstellerrotors bewirkt, wenn der zweite Satz elektrischer Wicklungen mit Leistung versorgt wird.
Elektromotoranordnung nach Anspruch 2, wobei der Phasenstellerrotor an der ersten Welle montiert ist und diese konzentrisch umgibt.
Elektromotoranordnung nach Anspruch 2, ferner umfassend: ein Ritzel, das mit der ersten Welle wirksam verbunden ist; und wobei der Phasenstellerrotor mit dem Ritzel verbunden ist und dieses bewegt, wodurch die Winkelposition der ersten Welle verstellt wird.
Elektromotoranordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Motorgehäuse; eine erste Welle; wobei das Phasenstellerstellglied mit der ersten Welle wirksam verbunden ist, um eine Veränderung der Winkelposition der ersten Welle zu bewirken; eine zweite Welle, die mit dem Motorgehäuse starr verbunden ist und mit der ersten Welle axial ausgerichtet ist; und wobei die Elemente des Phasenstellergetriebemechanismus umfassen: ein erstes Sonnenradelement, das an der ersten Welle montiert ist und mit dieser bewegbar ist; ein zweites Sonnenradelement, das an der zweiten Welle montiert ist; ein erstes Hohlradelement, das an dem ersten Rotorsegment montiert und damit drehbar ist; ein zweites Hohlradelement, das an dem zweiten Rotorsegment montiert und damit drehbar ist; ein Trägerelement; einen ersten Ritzelsatz, der durch das Trägerelement gelagert ist und mit dem ersten Sonnenradelement und dem ersten Hohlradelement kämmt; und einen zweiten Ritzelsatz, der durch das Trägerelement gelagert ist und mit dem zweiten Sonnenradelement und dem zweiten Hohlradelement kämmt.
Elektromotoranordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Rotornabe mit ersten und zweiten Rotornabenabschnitten; und wobei das erste Rotorsegment zur Drehung mit dem ersten Rotornabenabschnitt gelagert ist und das zweite Rotorsegment zur Drehung mit dem zweiten Rotornabenabschnitt gelagert ist.
Motoranordnung nach Anspruch 1, wobei das Phasenstellerstellglied zur Verriegelung ausgestaltet ist, um eine Bewegung des einen der Rotorsegmente im Wesentlichen zu verhindern, wenn der Phasenstellerstator nicht aktiviert ist.
Fahrzeugantriebsstrang, umfassend: eine Kraftmaschine; ein Getriebe, das mit der Kraftmaschine wirksam verbunden ist und mindestens einen Motor/Generator aufweist; wobei der Motor/Generator umfasst: einen Stator mit elektrischen Wicklungen; eine Rotoranordnung, die um eine Rotationsachse drehbar ist und aufweist: eine Rotornabe mit ersten und zweiten Rotornabenabschnitten; einen Rotor, der auf der Rotornabe gelagert ist, wobei der Rotor ein erstes Rotorsegment, das zur Drehung auf dem ersten Rotornabenabschnitt gelagert ist, und ein zweites Rotorsegment, das zur Drehung auf dem zweiten Rotornabenabschnitt gelagert ist, aufweist, wobei jedes der Rotorsegmente einen jeweiligen Satz von Magneten aufweist, die dort herum umlaufend beabstandet sind; wobei die Sätze von Magneten bewirken, dass sich die Rotoranordnung um die Rotationsachse aufgrund des Stroms in den Wicklungen dreht; einen Phasensteller mit einem Phasenstellerstellglied und einem Phasenstellergetriebemechanismus, der mehrere Elemente aufweist; wobei das Phasenstellerstellglied und die ersten und zweiten Rotorsegmente jeweils mit einem jeweils anderen der Elemente verbunden sind; wobei das Phasenstellerstellglied aktivierbar ist, um eine Winkelposition eines der Elemente zu verändern, wodurch eines der Rotorsegmente relativ zum anderen der Rotorsegmente um die Rotationsachse bewegt wird; und einen Controller, der ausgestaltet ist, um das Phasenstellerstellglied mit einem zunehmenden Betrag zu aktivieren, wenn eine Drehzahl der Rotoranordnung zunimmt, wobei die relative Bewegung des einen der Rotorsegmente dadurch einen Betrag aufweist, der zunimmt, wenn die Drehzahl der Rotoranordnung zunimmt, und die Sätze von Magneten dadurch zunehmend zueinander versetzt sind, wenn die Drehzahl der Rotoranordnung zunimmt, um eine gegenelektromotorische Kraft zu verringern, die gegen den Strom in den Wicklungen wirkt.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 8, wobei das Phasenstellerstellglied einen Phasenstellerrotor und einen Phasenstellerstator, der den Phasenstellerrotor umgibt, enthält; wobei der Phasenstellerrotor und der Phasenstellergetriebemechanismus mit mindestens einem der Rotorsegmente wirksam verbunden sind und betrieben werden können, um das eine der Rotorsegmente relativ zu dem anderen der Rotorsegmente um die Rotationsachse zu bewegen, wenn der Phasenstellerstator mit Leistung versorgt wird, wobei eine Bewegung des einen der Rotorsegmente zunimmt, wenn die Leistung an dem Phasenstellerstator zunimmt.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 9, ferner umfassend: ein Motorgehäuse; eine erste Welle; wobei der Phasenstellerrotor mit der ersten Welle wirksam verbunden ist, um eine Veränderung der Winkelposition der ersten Welle zu bewirken; eine zweite Welle, die am Motorgehäuse starr befestigt ist und mit der ersten Welle axial ausgerichtet ist; und wobei die Elemente des Phasenstellergetriebemechanismus umfassen: ein erstes Sonnenradelement, das an der ersten Welle montiert und damit bewegbar ist; ein zweites Sonnenradelement, das an der zweiten Welle montiert ist; ein erstes Hohlradelement, das an dem ersten Rotorsegment montiert und damit drehbar ist; ein zweites Hohlradelement, das an dem zweiten Rotorsegment montiert und damit drehbar ist; ein Trägerelement; einen ersten Ritzelsatz, der durch das Trägerelement gelagert ist und mit dem ersten Sonnenradelement und dem ersten Hohlradelement kämmt; und einen zweiten Ritzelsatz, der durch das Trägerelement gelagert ist und mit dem zweiten Sonnenradelement und dem zweiten Hohlradelement kämmt.