DE102017101888A1 - Leistungsübertragungsvorrichtung mit rotierender elektrischer Maschine - Google Patents

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Hitoshi Katsura
Yoshihiro Matsuoka
Kohsuke MURATA
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Abstract

Eine Kraftübertragungsvorrichtung, die auf einem Kraftübertragungsweg von einer Ausgangswelle eines Verbrennungsmotors zu einem Getriebe in einem Fahrzeug angeordnet ist, ist mit einer drehenden elektrischen Maschine versehen, die einen Rotor und einen Stator umfasst. Der Rotor ist mit einem synchron rotierenden Element gekoppelt, das sich synchron mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors dreht, und nimmt eine Mittelachse der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors als Drehwelle. Der Stator ist an einem Befestigungselement auf einer in Bezug auf das synchron rotierende Element nicht rotierenden Seite befestigt und liegt dem Rotor gegenüber, wobei ein erster Spalt zwischen ihnen ausgebildet ist.

Description

  • Technischer Hintergrund
  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine, die eine Stromerzeugungsfunktion und eine Motoranlassfunktion integriert, die von einer Lichtmaschine und einem Anlassermotor eines Fahrzeugs bereitgestellt werden.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Als Stromgenerator für ein Fahrzeug ist, wie in 19 gezeigt, eine Lichtmaschine 105 bekannt, die über einen Keilriemen 104 mit einer an einem Ende 102 einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors 101 vorgesehenen Riemenscheibe 103 verbunden ist.
  • Ferner sind weitere Vorrichtungen bekannt, darunter eine durch Hinzufügen einer Antriebsfunktion zu der Lichtmaschine 105 erhaltene Vorrichtung zum Ermöglichen eines Anlassens des Verbrennungsmotors in einem warmen Zustand (nach dem Aufwärmen) (vergl. einen ISG (integrierten Startergenerator) in jeder der Patentschriften 1 bis 3), wodurch die Antriebskraft weiter unterstützt wird, während das Fahrzeug fährt.
  • Dokumente gemäß dem Stand der Technik
  • Patentschriften
    • [Patentschrift 1] Japanisches Patent Nr. 4,782,348
    • [Patentschrift 2] Japanisches Patent Nr. 4,787,242
    • [Patentschrift 3] Japanische Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldung mit der Veröffentlichungs-Nr. 2009-508464
  • Bei dem vorstehenden Verfahren zum Anlassen des Verbrennungsmotors kann es jedoch unmöglich sein, den Verbrennungsmotor in kaltem Zustand anzulassen. Dies liegt daran, dass beispielsweise die Viskosität eines Schmiermittels in dem Verbrennungsmotor bei einem Abfallen der Temperatur des Schmiermittels zunimmt und der Bewegungswiderstand beim Anlassen des Motors zunimmt, während ein Reibungskoeffizient zwischen dem Keilriemen 104 und der Riemenscheibe 103 abnimmt, wenn sich Verbrennungsmotor im kalten Zustand befindet, wodurch ein Schlupf zwischen dem Keilriemen 104 und der Riemenscheibe 103 verursacht wird, wodurch die Drehantriebskraft der Lichtmaschine 105 nicht an den Verbrennungsmotor 101 übertragen werden kann.
  • In Anbetracht eines derartigen Problems umfasst ein mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ausgestattetes Fahrzeug notwendigerweise getrennt von der Lichtmaschine 105 einen Anlassermotor 106, um auch das Anlassen des Verbrennungsmotors im kalten Zustand zu bewerkstelligen. Es wird darauf hingewiesen, dass in 19 das Bezugszeichen 107 einen Zahnkranz, das Bezugszeichen 108 eine Fahrzeuganlasservorrichtung wie einen Drehmomentwandler und das Bezugszeichen 109 ein Getriebe bezeichnet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, das vorstehende Problem zu lösen und eine Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine bereitzustellen, wobei die Vorrichtung einen Verbrennungsmotor mit der drehenden elektrischen Maschine koppelt, um ein zuverlässiges Anlassen des Verbrennungsmotors in kaltem Zustand ohne die Verwendung eines Keilriemens und einer Riemenscheibe zu ermöglichen.
  • Bei einer Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung ist die Vorrichtung auf einem Kraftübertragungsweg von einer Ausgangswelle eines Verbrennungsmotors zu einem Getriebe in einem Fahrzeug angeordnet, wobei die Vorrichtung umfasst:
    eine drehende elektrische Maschine, die umfasst:
    einen Rotor, der mit einem synchron rotierenden Element gekoppelt ist, das sich synchron mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors dreht, wobei eine Mittelachse der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors als Drehwelle genommen wird, und
    einen Stator, der in Bezug auf das synchron rotierende Element auf einer nicht rotierenden Seite an einem Befestigungselement befestigt ist und dem Rotor mit einem dazwischen ausgebildeten ersten Spalt gegenüberliegt.
  • Gemäß dem vorstehenden Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die drehende elektrische Maschine so angeordnet, dass der Rotor der drehenden elektrischen Maschine mit dem synchron rotierenden Element gekoppelt ist, das sich synchron mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors dreht, und die Mittelachse der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors die Drehwelle des Rotors wird. Dadurch ist es möglich, die Drehantriebskraft der drehenden elektrischen Maschine selbst im kalten Zustand zuverlässig an den Verbrennungsmotor zu übertragen und den Verbrennungsmotor im kalten Zustand zuverlässig anzulassen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A ist eine erläuternde Ansicht, die eine Komponente wie eine drehende elektrische Maschine gemäß einem Beispiel einer mit einer drehenden elektrischen Maschine versehenen Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf eine Drehwelle im Halbschnitt zeigt;
  • 1B ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Querschnitts entlang einer Linie IB-IB in 1A gemäß einem Beispiel der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 1A zeigt;
  • 2 ist eine abgewickelte Ansicht eines Rotors der drehenden elektrischen Maschine gemäß 1A;
  • 3 ist ein Graph, der ein Beispiel von Kennlinien einer induktiven Spannung und einer Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine in der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
  • 4 ist eine erläuternde Teilansicht, die eine Komponente wie eine drehende elektrische Maschine gemäß einem weiteren Beispiel der mit der drehenden elektrischen Maschine versehenen Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf eine Drehwelle im Halbschnitt zeigt;
  • 5 ist eine abgewickelte Ansicht des Rotors in einer drehenden elektrischen Maschine gemäß 4;
  • 6 ist ein Graph, der ein Beispiel von Kennlinien einer induktiven Spannung und einer Drehzahl der drehenden elektrischen Maschine gemäß 4 zeigt;
  • 7 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Komponente wie eine drehende elektrische Maschine gemäß einem weiteren Beispiel der mit der drehenden elektrischen Maschine versehenen Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf eine Drehwelle im Halbschnitt zeigt;
  • 8 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Komponente wie eine drehende elektrische Maschine gemäß einem weiteren Beispiel der mit der drehenden elektrischen Maschine versehenen Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf eine Drehwelle im Halbschnitt zeigt;
  • 9 ist eine schematische Ansicht der mit der drehenden elektrischen Maschine versehenen Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
  • 10A ist eine erläuternde Ansicht, die eine Komponente wie eine drehende elektrische Maschine gemäß einem Beispiel einer mit einer drehenden elektrischen Maschine versehenen Kraftübertragungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf eine Drehwelle im Halbschnitt zeigt;
  • 10B ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Querschnitts der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 10A entlang einer Linie XB-XB in 10A zeigt, wobei ein Befestigungselement weggelassen wurde;
  • 10C ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Querschnitts einer Induktionsspule auf der rotierenden Seite der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 10A entlang einer Linie XC-XC in 10A zeigt, wobei ein Befestigungselement weggelassen wurde;
  • 10D ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Querschnitts der Induktionsspule auf der festen Seite der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 10A entlang einer Linie XD-XD in 10A zeigt, wobei ein Befestigungselement weggelassen wurde;
  • 11 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Komponente wie eine drehende elektrische Maschine gemäß einem weiteren Beispiel der mit der drehenden elektrischen Maschine versehenen Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf eine Drehwelle im Halbschnitt zeigt;
  • 12A ist eine erläuternde Ansicht, die eine Komponente wie eine drehende elektrische Maschine gemäß einem Beispiel einer mit einer drehenden elektrischen Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehenen Kraftübertragungsvorrichtung in Bezug auf eine Drehwelle zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Abweichungsbetrag der Positionseinstellung am geringsten ist, im Halbschnitt zeigt;
  • 12B ist eine Schnittansicht, die einen Teil eines Querschnitts der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 12A entlang einer Linie XIIB-XIIB in 12A zeigt;
  • 12C ist eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel einer Anordnung einer Vorrichtung zum Einstellen der Position eines Dauermagneten in der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 12A zeigt;
  • 12D ist eine erläuternde Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Anordnung der Vorrichtung zum Einstellen der Position des Dauermagneten in der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 12A zeigt;
  • 12E ist ein Graph zur Beschreibung eines Beispiels einer Positionseinstellung der Vorrichtung zum Einstellen der Position des Dauermagneten in der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß 12A.
  • 13 ist eine erläuternde Ansicht, die die Komponenten wie die drehende elektrische Maschine gemäß einem Beispiel der mit der drehenden elektrischen Maschine versehenen Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die Drehwelle zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abweichungsbetrag der Positionseinstellung geringfügig hoch ist, im Halbschnitt zeigt;
  • 14 ist eine erläuternde Ansicht, die die Komponenten wie die drehende elektrische Maschine gemäß einem Beispiel der mit der drehenden elektrischen Maschine versehenen Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die Drehwelle zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abweichungsbetrag der Positionseinstellung hoch ist, im Halbschnitt zeigt;
  • 15 ist eine erläuternde Ansicht, die die Komponenten wie die drehende elektrische Maschine gemäß einem Beispiel der mit der drehenden elektrischen Maschine versehenen Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die Drehwelle zu dem Zeitpunkt, zu dem der Abweichungsbetrag der Positionseinstellung am höchsten ist, im Halbschnitt zeigt;
  • 16 ist ein Graph einer von einem Dauermagneten auf der Seite des Rotors in einer Statorspule erzeugten induktiven Spannung und ein Graph einer in einer Hilfsspule erzeugten induktiven Spannung;
  • 17 ist ein Graph einer durch Anlegen einer in dem Dauermagneten auf der Seite des Rotors und der Hilfsspule erzeugten induktiven Spannung an eine Feldspule in der Statorspule erzeugten induktiven Spannung;
  • 18 ist ein Graph eines Beispiels einer Beziehung zwischen der induktiven Spannung und der Anzahl der Umdrehungen; und
  • 19 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Beziehung zwischen einem Verbrennungsmotor, einem Anlassermotor und einer Lichtmaschine bei einem herkömmlichen Beispiel zeigt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Einzelnen beschrieben.
  • Bei Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist in einer Kraftübertragungsvorrichtung wie einer Kupplung, einem Drehmomentwandler oder einer Flüssigkeitskupplung eine drehende elektrische Maschine so angeordnet, dass eine Mittelachse einer Ausgangswelle eines Verbrennungsmotors eine Drehwelle eines Rotors wird, um selbst in kaltem Zustand eine zuverlässige Übertragung einer Drehantriebskraft der drehenden elektrischen Maschine auf den Verbrennungsmotor und ein zuverlässiges Anlassen des Verbrennungsmotors im kalten Zustand zu ermöglichen.
  • Ferner ist die Kraftübertragungsvorrichtung bei den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wenn sie in Kombination mit der drehenden elektrischen Maschine angeordnet werden soll, so konfiguriert, dass eine Stromerzeugungsfunktion und die Funktion des Anlassens des Verbrennungsmotors einer Lichtmaschine und eines Anlassermotors integriert sind, so dass sie beide von einer drehenden elektrischen Maschine ausgeführt werden, wodurch die Kosten und der Platzbedarf verringert werden.
  • Allgemein sind die für die Funktion des Anlassens des Verbrennungsmotors und die Stromerzeugungsfunktion erforderlichen Kennlinien vollständig entgegengesetzt. Beim Anlassen des Verbrennungsmotors sind ein hohes Drehmoment und eine niedrige Drehzahl erforderlich, wogegen zum Zeitpunkt der Stromerzeugung ein geringes Drehmoment und eine hohe Drehzahl erforderlich sind. Daher ist es zur Integration der Stromerzeugungsfunktion und der Funktion des Anlassens des Verbrennungsmotors in einer drehenden elektrischen Maschine erforderlich, dass die drehende elektrische Maschine breite N-T-Kennlinien erzielt, um sowohl die Stromerzeugungsfunktion als auch die Funktion des Anlassens des Verbrennungsmotors wahrzunehmen. Daher ist eine Vorrichtung zum Einstellen einer Magnetfeldstärke vorgesehen, die zum Einstellen der magnetischen Feldstärke des Rotors geeignet ist.
  • Ferner wird, wenn die drehende elektrische Maschine zum Zeitpunkt der Anordnung der Maschine eine Bürste umfasst, die Haltbarkeit der Vorrichtung endlich, und wenn die Bürste im Inneren des Gehäuses eines Drehmomentwandlers oder dergleichen angeordnet ist, ist dies hinsichtlich einer Einsatzumgebung problematisch. Daher ist die drehende elektrische Maschine so konfiguriert, dass sie zunächst bürstenlos gefertigt und dann als drehende elektrische Maschine und Stromgenerator integriert wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass übereinstimmende Teile oder Abschnitte in den Beschreibungen der jeweiligen Ausführungsformen durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und das keine Wiederholungen von Beschreibungen erfolgen.
  • <Erste Ausführungsform>
  • Wie in den 1A und 1B gezeigt, ist eine mit einer drehenden elektrischen Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehene Kraftübertragungsvorrichtung 5 in einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs 1 angeordnet, beispielsweise auf einem Kraftübertragungsweg von einer Ausgangswelle 3 eines Motors 2 zu einem Getriebe 4, und mit einer drehenden elektrischen Maschine 11 versehen. Es wird darauf hingewiesen, dass in den folgenden Figuren Blöcke wie eine in 1A gezeigte Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung in den anderen Figuren weggelassen werden können, um das Verständnis zu erleichtern. Bei jeder vorliegenden Ausführungsform und bei modifizierten Beispielen derselben und dergleichen sind ähnliche Blöcke wie die Steuereinheit 16 vorgesehen.
  • Die drehende elektrische Maschine 11 weist eine ähnliche Struktur wie eine in einem handelsüblichen Fahrzeug und dergleichen verwendete, bürstenlose Lichtmaschine auf und umfasst einen Rotor 7 des Klauenpoltyps und einen ringförmigen Stator 10.
  • Der Rotor 7 ist mit einem synchron rotierenden Element 6 gekoppelt, das sich synchron mit der Ausgangswelle 3 des Motors 2 dreht, und nutzt eine Mittelachse der Ausgangswelle 3 des Motors 2 als Drehwelle 8. Daher haben die Ausgangswelle 3 des Motors 2 und die Drehwelle 8 des Rotors 7 bei der drehenden elektrischen Maschine 11 die gleiche Mittelachse.
  • Der Stator 10 ist außerhalb des Rotors 7 auf einer in Bezug auf das synchron rotierende Element 6 nicht rotierenden Seite an einem Befestigungselement 9 befestigt und liegt dem Rotor 7 gegenüber, wobei ein erster Spalt 12 zwischen ihnen ausgebildet ist. Der Stator 10 ist mit Statorwindungen umwickelt, wie beispielsweise in 1B gezeigt, und so angeordnet, dass er einen äußeren Umfang des Rotors 7 umgibt.
  • Zur ersten Ausführungsform als einem Beispiel erfolgt eine Beschreibung eines Falls, in dem das synchron rotierende Element 6 eine mit einem Drehmomentwandler 6a auf der Seite des Motors gekoppelte Antriebsscheibe 6b ist. Die Antriebsscheibe 6b ist mit der Ausgangswelle 3 des Motors 2 gekoppelt und dreht sich synchron mit dieser.
  • Genauer ist der Rotor 7 ein zylindrisches Element mit einem L-förmigen Querschnitt, das sich um die gleiche Achse (die Drehwelle 8) wie die Ausgangswelle 3 dreht und dessen stromaufseitiges (motorseitiges) Ende an der äußeren Oberfläche des stromabseitigen Endes (der dem Motor gegenüberliegenden Seite) der Antriebsscheibe 6b befestigt ist. Der Rotor 7 erstreckt sich in einer zur Axialrichtung der Drehwelle 8 rechtwinkligen Richtung, nämlich vom stromaufseitigen Ende radial nach außen, und ist dann in rechten Winkeln gebogenen und erstreckt sich als zylindrischer Wandabschnitt 7d in der Axialrichtung der Drehwelle 8. In diesem zylindrischen Wandabschnitt sind ein erster Klauenpol (ein klauenförmiger Magnetpol) 7a, ein nicht magnetischer Körper 7b und ein zweiter Klauenpol (ein klauenförmiger Magnetpol) 7c einstückig angeordnet, wodurch ein klauenförmiger Rotor gebildet wird. Dies bedeutet, dass der erste Klauenpol 7a und der zweite Klauenpol 7c, die jeweils aus einem magnetischen Körper wie Eisen ausgebildet sind, wie in 2 gezeigt, so angeordnet sind, dass sie abwechselnd klauenförmig vorstehen und entlang einer Umfangsrichtung des Rotors 7 (gemäß 2 einer vertikalen Richtung) eine wellige Linie bilden, und dass der bandartige nichtmagnetische Körper 7b aus Aluminium oder dergleichen in Form einer welligen Linie zwischen dem ersten Klauenpol 7a und dem zweite Klauenpol 7c mäandernd angeordnet ist in. Es wird darauf hingewiesen, dass 1A eine durch einen Schnitt entlang einer Linie IA–IA gemäß 2 erhaltene Schnittansicht ist. 1B ist eine durch einen Schnitt entlang einer Linie IB-IB gemäß 1A erhaltene Schnittansicht.
  • Gleichzeitig ist der außerhalb des Rotors 7 angeordnete Stator 10 zylindrisch radial außerhalb des Rotors 7 angeordnet, wobei zwischen ihnen der erste Spalt 12 ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das an einem (nicht gezeigten) Gehäuse der Kraftübertragungsvorrichtung 5 befestigte Befestigungselement 9 an einem äußeren Umfang des Drehmomentwandlers 6a angeordnet ist. Das Befestigungselement 9 ist so konfiguriert, dass es eine doppelt zylindrische Form aus einem inneren zylindrischen Abschnitt 9b und einem äußeren zylindrischen Abschnitt 9a und einen Freiraum zwischen dem stromabseitigen Ende des inneren zylindrischen Abschnitts 9b und dem stromabseitigen Ende des äußeren zylindrischen Abschnitts 9a aufweist, wobei der Freiraum durch einen kreisförmigen Plattenabschnitt 9c abgedeckt ist. Ein zylindrischer Wandabschnitt 7d des Rotors 7 wurde vom stromaufseitigen Ende in den Freiraum zwischen dem inneren zylindrischen Abschnitt 9b und dem äußeren zylindrischen Abschnitt 9a eingeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass das Befestigungselement 9 ein Teil des Gehäuses der Kraftübertragungsvorrichtung 5 sein kann.
  • Der Stator 10 ist an der inneren Oberfläche des äußeren zylindrischen Abschnitts 9a des Befestigungselements 9 befestigt. Der Rotor 7 ist gegenüber dem Stator 10 angeordnet, wobei der erste Spalt 12 zwischen ihnen ausgebildet ist. Die einander zugewandten Oberflächen des Stators 10 und des Rotors 7 weisen in der Axialrichtung der Drehwelle die gleichen Längen auf. Daher sind der erste Klauenpol 7a und der zweite Klauenpol 7c vom Stator 10 aus betrachtet an der gleichen Position einander abwechselnd gegenüberliegend angeordnet, während sich der Rotor 7 dreht. Wenn beispielsweise der erste Klauenpol 7a und der zweite Klauenpol 7c jeweils so angeregt werden, dass sie einen N-Pol und einen S-Pol bilden, liegen die N-Pole und S-Pole einander abwechselnd gegenüber, wodurch eine elektromotorische Kraft erzeugt wird. Obwohl in einem typischen Motor ein Dauermagnet angeordnet ist, ist bei dieser ersten Ausführungsform kein Dauermagnet angeordnet, und daher wird eine Feldspule 14 angeregt, um die magnetische Feldstärke der Feldspule 14 zu steuern, und sie wird veranlasst, als Dauermagnet zu fungieren, wodurch sie die Stromerzeugungsfunktion ausübt.
  • Die zylindrische Feldspule 14 ist an der äußeren Oberfläche des inneren zylindrischen Abschnitts 9b des Befestigungselements 9 befestigt und angeordnet, und die Feldspule 14 ist dem Rotor 7 zugewandt angeordnet, wobei ein zweiter Spalt 21 zwischen ihnen ausgebildet ist. Die Feldspule 14 ist mit einer Stromsteuereinheit 15 als ein Beispiel der Einheit zur Steuerung der Einstellung der magnetischen Feldstärke verbunden, die als ein Beispiel der elektrischen Energie, die der Feldspule 14 zugeführt wird, Gleichstrom zuführt und steuert. Wie später im Einzelnen beschrieben, bilden die Feldspule 14 und die Stromsteuereinheit 15 ein Beispiel einer Vorrichtung 13 zum Einstellen einer Magnetfeldstärke zum derartigen Einstellen der magnetischen Feldstärke des Rotors 7, dass sie sich beim Anlassen des Verbrennungsmotors und zum Zeitpunkt der Stromerzeugung unterscheidet. Daher wird die magnetische Feldstärke des Rotors 7 beim Anlassen des Verbrennungsmotors und zum Zeitpunkt der Stromerzeugung unterschiedlich eingestellt, um eine im Stator 10 erzeugte induktive Spannung herbeizuführen, die jeweils unterschiedlich ist.
  • Auf diese Weise dreht sich der Rotor 7 zwischen dem Stator 10 und der Feldspule 14.
  • Nun wird die Funktionsweise des klauenförmigen Rotors 7 beschrieben. Zunächst werden, wenn die Stromsteuereinheit 15 ein Fließen von Strom in die Feldspule 14 zulässt, der erste Klauenpol 7a und der zweite Klauenpol 7c angeregt. So wird beispielsweise der erste Klauenpol 7a so angeregt, dass er die Seite des N-Pols bildet, und der zweite Klauenpol 7c wird so angeregt, dass er die Seite des S-Pols bildet. Dadurch werden der erste Klauenpol 7a und der zweite Klauenpol 7c, die in der Umfangsrichtung des klauenförmigen Rotors 7 angeordnet sind, abwechselnd so angeregt, dass sie den N-Pol und den S-Pol bilden, und durch die Drehung des klauenförmiger Rotors 7 um die Drehwelle 8 wird außerhalb des klauenförmigen Rotors 7 eine elektromotorische Kraft mit einer induktiven Spannung im Stator 10 erzeugt. Wenn die Stromsteuereinheit 15 die Ströme, deren Fluss in die Feldspule 14 zugelassen wird, so steuert, dass sie sich beim Anlassen des Verbrennungsmotors und zum Zeitpunkt der Stromerzeugung unterscheiden, ist es daher möglich, die magnetischen Feldstärken des Rotors 7 jeweils unterschiedlich einzustellen und dementsprechend die im Stator 10 erzeugten induktiven Spannungen jeweils unterschiedlich einzustellen.
  • Die Kraftübertragungsvorrichtung 5 umfasst ferner einen elektrisch mit dem Stator 10 verbundenen Wechselrichter 18 und die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung zur Steuerung der Ansteuerung des Wechselrichters 18.
  • Der Wechselrichter 18 ist mit dem Stator 10 verbunden und wandelt in einem Stromerzeugungsmodus im Stator 10 erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom um. Der Wechselrichter 18 ist ferner mit einer Batterie 19 verbunden und lädt die Batterie 19 im Stromerzeugungsmodus mit dem umgewandelten Gleichstrom auf. Gleichzeitig wandelt der Wechselrichter 18 in einem Anlassmodus den Gleichstrom von der Batterie 19 in Wechselstrom um und führt den umgewandelten Wechselstrom zur Magnetisierung dem Stator 10 zu.
  • In die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung werden Informationen zu einem Betriebsbefehl, einer Spannung und einer Drehzahl eingegeben. Auf der Grundlage der eingegebenen Informationen steuert die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung den Betrieb sowohl des Wechselrichters 18 als auch der Stromsteuereinheit 15. Als ein Beispiel werden ein Befehl/Informationen von einer Einheit 20 zur Eingabe eines Betriebsbefehls und Informationen wie eine von dem Wechselrichter 18 erfasste Spannung und eine von einer Einheit 17 zum Ermitteln eines Drehwinkels, die einen Drehwinkel ermittelt, und von dem Wechselrichter 18, der eine Berechnung durchführt, ermittelte Drehzahl in die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung eingegeben. Auf der Grundlage der wie vorstehend beschrieben eingegebenen Informationen steuert die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung den Betrieb des Wechselrichters 18 und der Stromsteuereinheit 15 jeweils separat. Die Einheit 20 zur Eingabe eines Betriebsbefehls ist beispielsweise aus einem Zündschalter ausgebildet, und die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung empfängt von der Einheit 20 zur Eingabe eines Betriebsbefehls einen Anlassbefehl für den Motor 2. Die Einheit 17 zum Ermitteln eines Drehwinkels ist gemäß einem Beispiel aus einem Koordinatenwandler zur Erfassung eines Drehwinkels des Motors 2 anhand der Ausgangswelle 3 oder dergleichen ausgebildet. Der Koordinatenwandler erfasst einen Drehwinkel und gibt den erfassten Drehwinkel in den Wechselrichter 18 ein. Der Wechselrichter 18 ermittelt durch eine Berechnung anhand des Drehwinkels eine Drehzahl des Rotors 7, und die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung empfängt die ermittelte Drehzahl des Rotors 7 von dem Wechselrichter 18. Alternativ kann Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung anhand der Informationen von der Einheit 17 zum Ermitteln eines Drehwinkels eine direkte Berechnung ausführen, um Drehzahlinformationen zu erhalten, oder die Drehzahlinformationen von der Einheit 20 zur Eingabe eines Betriebsbefehls oder dergleichen können in die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung eingegeben werden, um die Drehzahlinformationen zu erhalten.
  • Auf der Grundlage der Informationen von der Einheit 20 zur Eingabe eines Betriebsbefehls und der Informationen vom Wechselrichter 18 bestimmt die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung über die Einheit 17 zum Ermitteln eines Drehwinkels, welcher Modus unter mehreren Modi, die zumindest den Anlassmodus und den Stromerzeugungsmodus umfassen, eingestellt werden soll. Entsprechend der Bestimmung des Modus steuert die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung die Ansteuerung oder das Beenden der Ansteuerung des Wechselrichters 18 und gibt einen Steuerbefehl und dergleichen an die Stromsteuereinheit 15 aus, um die Kraftübertragungsvorrichtung 5 zu steuern.
  • Die Kraftübertragungsvorrichtung mit der drehenden elektrischen Maschine mit der vorstehenden Konfiguration wird beispielsweise betrieben wie folgt.
  • Als erstes erfolgt eine Beschreibung eines Falls, in dem die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung von der Einheit 20 zur Eingabe eines Betriebsbefehls den Anlassbefehl für den Motor 2 empfängt, bestimmt, dass der Modus der Motoranlassmodus ist, und die drehende elektrische Maschine 11 veranlasst, als Anlasser die Anlassfunktion auszuüben. Auf der Grundlage des Anlassbefehls für den Motor 2 steuert die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung den Wechselrichter 18 an, um das Fließen eines dreiphasigen Wechselstroms im Stator 10 und die Magnetisierung des Stators 10 zu ermöglichen, und die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung steuert auch die Stromsteuereinheit 15, um das Fließen von Strom in die Feldspule 14 zu ermöglichen. Durch das Ermöglichen eines Stromflusses in die Feldspule 14 werden der erste Klauenpol 7a und der zweite Klauenpol 7c des Rotors 7 angeregt. Dadurch beginnt der Rotor 7, sich in Bezug auf den Stator 10 zu drehen, und im Stator 10 wird eine elektromotorische Kraft mit einer induktiven Spannung erzeugt. Diese Folge von Vorgängen ist ein Beispiel und kann auch in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.
  • Anschließend nimmt, wie in 3 gezeigt, die induktive Spannung entsprechend der Drehzahl des Rotors 7 zu, und wenn die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung feststellt, dass die Drehzahl bei der anfänglichen Zündung eine Drehzahl Nmin erreicht, die geringer als eine Leerlaufdrehzahl Nidle ist, die dem Leerlauf des Motors 2 entspricht, beendet die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung die Ansteuerung des Wechselrichters 18 und schaltet den Modus automatisch in den Stromerzeugungsmodus um, d. h. den Fall der Ausübung der Stromerzeugungsfunktion, bei der die drehende elektrische Maschine 11 als Stromgenerator genutzt wird, wodurch anschließend eine vorgegebene induktive Spannung (eine erforderlich Spannung) Vi gehalten wird. Die vorgegebene induktive Spannung (die erforderliche Spannung) Vi entspricht bei einem Kraftfahrzeug beispielsweise jedem Spannungswert um 14 V.
  • Wenn die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung die Feldspule 14 im Stromerzeugungsmodus weiter über die Stromsteuereinheit 15 anregt, wird der Erregerstrom von der Stromsteuereinheit 15 so eingestellt, dass die induktive Spannung konstant auf der vorgegebenen induktiven Spannung Vi gehalten wird. Wenn die Stromsteuereinheit 15 den Erregerstrom einstellen soll, stellt die Stromsteuereinheit 15 den Erregerstrom als erstes so ein, dass die magnetische Feldstärke der Feldspule 14 konstant gehalten wird. Das bedeutet, dass die Feldspule 14 arbeitet, als sei sie ein Dauermagnet. Wenn der Rotor 7 sich in einem derartigen Zustand dreht, als sei der Dauermagnet vorgesehen, fungiert die drehende elektrische Maschine 11 als Stromgenerator.
  • Ist die magnetische Feldstärke der Feldspule 14 konstant, nimmt die induktive Spannung bei einer Zunahme der Drehung des Rotors 7 in Bezug auf den Stator 10 zu. Wenn die Stromsteuereinheit 15 den Strom jedoch so steuert, dass er verringert wird, ist es möglich, die induktive Spannung zu verringern, und dadurch ist es möglich, die induktive Spannung so zu steuern, dass sie konstant ist.
  • Als spezifischeres Beispiel eines Falls, in dem die induktive Spannung konstant gehalten wird, kann diese wie folgt gesteuert werden. Da die Beziehung zwischen dem Strom der Feldspule 14, der induktiven Spannung und der Drehzahl anhand des vorab in einer Speichereinheit 16a der Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung gespeicherten folgenden Ausdrucks und dergleichen vorab bekannt ist, berechnet eine Arithmetikeinheit 16b der Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung unter Verwendung der auf der Grundlage der Informationen zur Drehzahl und dem Strom der Feldspule 14 vorab in der Speichereinheit 16a gespeicherten Informationen eine induktive Spannung. Wenn anschließend eine Bestimmungseinheit 16c der Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung feststellt, dass die von der Arithmetikeinheit 16b berechnete induktive Spannung von einem zulässigen Bereich für die induktiven Spannung abweicht, in dem die induktive Spannung als konstant betrachtet wird, berechnet die Arithmetikeinheit 16b auf der Grundlage eines Betrags der Abweichung eine zu verringernde Strommenge. Eine Anweisungseinheit 16d gibt auf der Grundlage des Ergebnisses der Berechnung durch die Arithmetikeinheit 16b eine Stromsteueranweisung an die Stromsteuereinheit 15 aus, wodurch die Stromsteuereinheit 15 den Strom so steuert, dass er erhöht oder verringert wird. Auf diese Weise kann die induktive Spannung so gesteuert werden, dass sie konstant ist. Induktive Spannung E [V] = Magnetflussdichte B [T]·Länge L [m]·Drehzahl V [m:s] Magnetflussdichte B [T] = magnetische Permeabilität μ·Anzahl der Spulenwicklungen N [Windungen]·Strom I [A]:(2·Spulenradius r [m])
  • Als Zwischenmodus zwischen dem Anlassmodus und dem Stromerzeugungsmodus kann in der Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung auch ein Fahrzeugantriebshilfsmodus eingestellt werden. Wenn, wie vorstehend, der Fahrzeugantriebshilfsmodus eingestellt wird und die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung den Modus automatisch aus dem Stromerzeugungsmodus in den Fahrzeugantriebshilfsmodus umschaltet, um zu veranlassen, dass die Vorrichtung beispielsweise zum Zwecke der Verbesserung der Kraftstoffeffizienz als Hilfseinrichtung für den Antrieb des Fahrzeugs fungiert, ist es möglich, den Antrieb des Fahrzeugs dadurch zu unterstützen, dass Stromsteuereinheit 15 die magnetische Feldstärke der Feldspule 14 entsprechend der Drehzahl geeignet einstellt, während der Wechselrichter 18 angesteuert wird. Wenn die Stromsteuereinheit 15 die magnetische Feldstärke beispielsweise so steuert, dass sie geringer als ein vorgegebener Wert ist, kann die Drehzahl höher als eine vorgegebene Drehzahl eingestellt werden, die der magnetischen Feldstärke mit dem vorgegebenen Wert entspricht. Als ein Beispiel kann die Stromsteuereinheit 15 die magnetische Feldstärke der Feldspule 14 so einstellen, dass die magnetische Feldstärke hoch ist, wenn die Drehzahl niedrig ist, und dass umgekehrt die magnetische Feldstärke niedrig ist, wenn die Drehzahl hoch ist. Es wird darauf hingewiesen, dass eine geeignete Einstellung der magnetischen Feldstärke der Feldspule 14 durch Stromsteuereinheit 15 entsprechend der Drehzahl einfach dadurch ausgeführt werden kann, dass die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung die Stromsteuereinheit 15 auf der Grundlage eines Programms steuert, das vorab so eingestellt wurde, dass beispielsweise die Kraftstoffeffizienz verbessert wird, und das in der Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung gespeichert ist.
  • Wenn die magnetische Feldstärke festgelegt ist, ist der Status entweder auf das hohe Drehmoment und die niedrige Drehzahl oder auf das niedrige Drehmoment und die hohe Drehzahl festgelegt, wobei dies im Anlassmodus und im Stromerzeugungsmodus definierte Kennlinien sind. Wenn jedoch die magnetische Feldstärke schwankt, wie vorstehend beschrieben, ohne dass der Modus auf den Anlassmodus oder den Stromerzeugungsmodus beschränkt wird, kann die Drehzahl ebenfalls schwanken. So kann beispielsweise bei einer Verringerung des Drehmoments die Drehzahl bei gleicher Leistung hoch eingestellt werden, und dies ist auch als eine Anlasshilfe für das Fahrzeug zum Zeitpunkt des Anlassens des Motors 2 zum Starten des Fahrzeugs effizient.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Modus nur dann automatisch aus dem Stromerzeugungsmodus in den Fahrzeugantriebshilfsmodus umgeschaltet werden kann, wenn der Benutzer eine Anweisung in die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung eingibt, dass der Fahrzeugantriebshilfsmodus eingesetzt werden kann.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass der Wechselrichter 18 eine nicht dargestellte Schaltung zur Ansteuerung des Wechselrichters umfasst, und wenn die Ansteuerung des Wechselrichters 18 beendet wird und die Schaltung zur Ansteuerung des Wechselrichters beginnt, die Stromerzeugungsfunktion auszuüben, kann die Schaltung zur Ansteuerung des Wechselrichters als Gleichrichter fungieren, da die Anordnung von Dioden in der Schaltung zur Ansteuerung des Wechselrichters der eines Gleichrichters entspricht. Dadurch besteht nicht mehr die Notwendigkeit, einen separaten Gleichrichter zur Stromerzeugung vorzusehen, wodurch eine Verringerung der Kosten und des Freiraums für die Anordnung ermöglicht werden.
  • Als modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform ist der Rotor 7, wie in 4 gezeigt, direkt an dem äußeren Gehäuse des Drehmomentwandlers 6a befestigt, das mit der Ausgangswelle 3 des Motors 2 gekoppelt ist und sich synchron mit dieser dreht, und in dem Rotor 7 ist anstelle des nicht magnetischen Körpers 7b ein Dauermagnet 7e angeordnet, um die von der Feldspule 14 erzeugte magnetische Feldstärke des Rotors 7 zu unterstützen. Ein Dauermagnet 7e mit einer schwachen magnetischen Kraft ist in der dem nicht magnetischen Körper 7b gemäß 2 entsprechenden Position angeordnet. Als die magnetische Kraft des Dauermagneten 7e wird die mindestens erforderliche magnetischen Kraft sowohl im Stromerzeugungsmodus, im Motoranlassmodus als auch im Fahrzeugantriebshilfsmodus und dergleichen angenommen. Die magnetische Kraft des Dauermagneten 7e wird als derartige mindestens erforderliche magnetische Kraft genutzt. Gleichzeitig wird davon ausgegangen, dass die magnetische Kraft, die fluktuieren soll, die magnetische Feldstärke in der Feldspule ist. Dies bedeutet, dass gemäß 3 nur die induktive Spannung von der Feldspule 14 erzeugt wird, wogegen gemäß 6 eine durch Addieren der von dem Dauermagneten 7e erzeugten induktiven Spannung und der von Feldspule 14 erzeugten induktiven Spannung insgesamt erhaltene induktive Spannung eine im Stator 10 erzeugte induktive Spannung wird. Aus diesem Grund kann die von der Feldspule 14 erzeugte induktive Spannung niedrig gehalten werden, und die magnetische Feldstärke kann gering gehalten werden, d. h. ein Strom, dessen Fluss in die Feldspule 14 zugelassen wird, kann gering gehalten werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die von dem Dauermagneten 7e erzeugte induktive Spannung bei der maximalen Drehzahl Nmax so gesteuert wird, dass sie die induktive Spannung (die erforderliche Spannung) Vi zum Zeitpunkt der derartigen Steuerung der induktiven Spannung, dass diese konstant ist, nicht übersteigt.
  • Obwohl der Rotor 7 bei diesem modifizierten Beispiel direkt am äußeren Gehäuse des Drehmomentwandlers 6a befestigt ist, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, und der Rotor 7 kann mit einem anderen synchron rotierenden Element 6 gekoppelt sein, wie gemäß 1, 7 oder 8.
  • 7 beschreibt als weiteres Beispiel der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform einen Fall, in dem das synchron rotierende Element 6 ein äußeres Gehäuse 6g einer Flüssigkeitskupplung 6f ist. Das äußere Gehäuse 6g ist mit der Ausgangswelle 3 des Motors 2 gekoppelt und dreht sich synchron mit dieser. Es wird darauf hingewiesen, dass das synchron rotierende Element 6 anstelle des äußeren Gehäuses 6g der Flüssigkeitskupplung 6f eine mit der Seite der Flüssigkeitskupplung 6f, auf der sich der Verbrennungsmotor befindet, gekoppelte Antriebsscheibe sein kann.
  • 8 beschreibt als weiteres Beispiel der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform einen Fall, in dem das synchron rotierende Element 6 eine Kupplungsabdeckung 6d einer Reibungskupplung 6c ist. Die Kupplungsabdeckung 6d ist über ein Schwungrad mit der Ausgangswelle 3 des Motors 2 gekoppelt und dreht sich synchron mit dieser. Es wird darauf hingewiesen, dass das synchron rotierende Element 6 anstelle der Kupplungsabdeckung 6d ein äußeres Gehäuse einer Reibungskupplung 6c wie ein mit der Seite der Reibungskupplung 6c, auf der sich der Verbrennungsmotor befindet, gekoppeltes Schwungrad sein kann.
  • Wie in 9 gezeigt, ist bei der ersten Ausführungsform die drehende elektrische Maschine 11 so angeordnet, dass der Rotor 7 der drehenden elektrischen Maschine 11 mit dem synchron rotierenden Element 6 gekoppelt ist, das sich synchron mit der Ausgangswelle 3 des Motors 2 dreht, und dass die Mittelachse der Ausgangswelle 3 des Motors 2 die Drehwelle 8 des Rotors 7 wird. Dadurch ist es möglich, die Drehantriebskraft der drehenden elektrischen Maschine 11 selbst in kaltem Zustand zuverlässig an den Motor 2 zu übertragen und den Motor 2 im kalten Zustand zuverlässig anzulassen.
  • Dementsprechend sind gegenüber dem herkömmlichen Fahrzeug die Stromerzeugungsfunktion und die Anlassfunktion der Lichtmaschine 105 und des Anlassermotors 106, die in 19 gezeigt sind, bei der Konfiguration gemäß der ersten Ausführungsform integriert, wodurch die Entfernung des Anlassermotors 106, des Zahnkranzes 107, des Keilriemens 104 und der Riemenscheibe 103 sowie eine Verringerung der Kosten ermöglicht werden. Ferner wird durch die Entfernung dieser Teile der Bedarf an Freiraum eliminiert, in dem diese Teile angeordnet waren, wodurch eine Verringerung von Größe und Gewicht ermöglicht werden. Da überdies die Vorrichtung 13 zum Einstellen einer Magnetfeldstärke zum Einstellen der magnetischen Feldstärke ohne die Einbeziehung eines Drehkontakts wie einer Bürste konfiguriert ist, ist es möglich, die Lebensdauer der Vorrichtung zu erhöhen und ihre Wartung zu minimieren. Ist kein Anlasser vorgesehen, kann das Geräusch (das Quietschen) des Anlassers mit seinem Zahnrad, das in einen Zahnkranz eingreift, eliminiert werden, wodurch Geräuschlosigkeit sichergestellt wird. Ferner ist sie aufgrund der Schwierigkeit, die drehende elektrische Maschine verglichen mit der herkömmlichen Lichtmaschine zu ersetzen, und aufgrund der Notwendigkeit der Berücksichtigung einer durch eine hohe Temperatur, Vibrationen und eine Belastung durch pulverförmigen Staub verursachten Kontaktstörung der Bürste so konfiguriert, dass zum Zeitpunkt der Anordnung der drehenden elektrischen Maschine in der Kraftübertragungsvorrichtung zuerst eine bürstenlose Struktur gebildet wird und dass dann die drehende elektrische Maschine, die auch als Stromgenerator dient, eingebaut wird. Nachdem aus diesem Grund keine Bürste vorgesehen ist, können sämtliche vorstehenden Gründe zur Sorge vollständig eliminiert werden, und die Lebensdauer der Vorrichtung wird unbegrenzt, und ohne die Notwendigkeit, die Bürste im Gehäuse der Kraftübertragungsvorrichtung wie des Drehmomentwandlers anzuordnen, kann auch das Problem hinsichtlich der Einsatzumgebung gelöst werden.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • Eine zweite Ausführungsform ist mit einer Vorrichtung 13B zum Einstellen einer Magnetfeldstärke versehen, die eine Konfiguration aufweist, die sich von der der Vorrichtung 13 zum Einstellen einer Magnetfeldstärke gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet. Genauer umfasst die Vorrichtung 13B zum Einstellen einer Magnetfeldstärke, wie in den 10A bis 10D und 11 gezeigt, eine Feldspule 39 und Dauermagnete 40 in einem Rotor 37 einer drehenden elektrischen Maschine 11B und umfasst ebenso: eine Induktionsspule 38 zur Zufuhr elektrischer Energie wie Strömen zur Feldspule 39; eine Gleichrichterschaltung 33 (vergl. 10A) oder eine Gleichrichter-/Glättungsschaltung 34 (vergl. 11) und eine Stromsteuereinheit 15B, die als ein weiteres Beispiel der Steuereinheit zur Einstellung der Magnetfeldstärke dient und der Stromsteuereinheit 15 gemäß der ersten Ausführungsform entspricht. Die Vorrichtung 13B zum Einstellen einer Magnetfeldstärke erfordert zumindest die Gleichrichterschaltung 33 und kann bevorzugter anstelle der Gleichrichterschaltung 33 die Gleichrichter/Glättungsschaltung 34 umfassen. Wenn beispielsweise eine Frequenz sehr hoch ist, können Scheitel von Wellenformen nach der Gleichrichtung von Wechselstrom zu Gleichstrom in der Gleichrichterschaltung vernachlässigt werden, und daher kann in einem solchen Fall nur die Gleichrichterschaltung 33 vorgesehen sein.
  • Die Gleichrichterschaltung 33 führt als ein Beispiel eine Ein-Phasen-Ganzwellen-Gleichrichtung durch. In der Gleichrichter-/Glättungsschaltung 34 kann die Glättungsschaltung Wechselstrom in noch glatteren Gleichstrom umwandeln.
  • Obwohl der Rotor 37 ähnlich wie bei dem modifizierten Beispiel gemäß der ersten Ausführungsform direkt am äußeren Gehäuse des Drehmomentwandlers 6a befestigt ist, das mit der Ausgangswelle 3 des Motors 2 gekoppelt ist und sich synchron mit dieser dreht, kann er wie gemäß 1, 7 oder 8 mit einem anderen synchron rotierenden Element 6 gekoppelt sein.
  • Wie in den 10A und 10B gezeigt, sind Dauermagnete 40, die in einem zur Drehwelle 8 rechtwinkligen Querschnitt eine Plattenform aufweisen, in Abständen an einem äußeren Umfang der Feldspule 39 angeordnet, während die Feldspule 39 im Rotor 37 angeordnet ist. Auf diese Weise sind die Dauermagnete 40 in einem Eisenkern der Feldspule 39 angeordnet, um die magnetische Feldstärke der Feldspule 14 zu unterstützen. Anders ausgedrückt sind die Dauermagnete 40 mit schwachen magnetischen Kräften in Positionen angeordnet, die dem Eisenkern der Feldspule 39 entsprechen. Die magnetische Kraft dieses Dauermagneten 40 ist die mindestens erforderliche magnetische Kraft sowohl im Stromerzeugungsmodus als auch im Motoranlassmodus, im Fahrzeugantriebshilfsmodus und dergleichen. Die magnetische Kraft des Dauermagneten 40 wird als derartige mindestens erforderliche magnetische Kraft genutzt. Gleichzeitig wird angenommen, dass die zu verändernde magnetische Kraft die magnetische Feldstärke in der Feldspule 39 ist. Dies bedeutet, wie gemäß dem Graphen in 6, dass eine durch Addieren der durch die Dauermagnete 40 erzeugten induktiven Spannungen zu einer durch die Feldspule 39 erzeugten induktiven Spannung erhaltene induktive Gesamtspannung eine im Stator 10 erzeugte induktive Spannung wird. Aus diesem Grund kann die von der Feldspule 39 erzeugte induktive Spannung klein gehalten werden, und die magnetische Feldstärke kann gering gehalten werden, d. h. ein Strom, dessen Fließen in die Feldspule 39 zugelassen wird (also ein Strom einer Induktionsspule (Primärspule) 38a auf der festen Seite, der von der Stromsteuereinheit 15B zugeführt wird) kann klein gehalten werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die induktiven Spannungen, die von den Dauermagneten 40 bei der maximalen Drehzahl Nmax erzeugt werden, so gesteuert werden, dass sie die induktive Spannung (die erforderliche Spannung) Vi zum Zeitpunkt der derartigen Steuerung der induktiven Spannungen, dass sie konstant sind, nicht übersteigen.
  • Wenn der in der Gleichrichterschaltung 33 gleichgerichtete Strom der Feldspule 39 zugeführt wird, wird die Feldspule 39 angeregt, und der Rotor 37 dreht sich, wodurch eine induktive Spannung im Stator 10 erzeugt wird.
  • Die induktive Spannung, die zwischen der Feldspule 39 und dem Stator 10 erzeugt wird, d. h. die induktive Energie, hat Kennlinien wie folgt. Ein Phänomen bei der induktiven Energie ist, dass, wenn ein elektrischer Draht mit einer Länge L (m) bei einer Drehzahl v (m/s) in einem Magnetfeld mit einer gleichmäßigen Magnetflussdichte B [Wb/m2] E [T] in rechten Winkeln mit der Richtung eines Magnetfelds bewegt wird, an jedem Ende eines Leiterdrahts, der der elektrische Draht ist, induktive Energie E (V) erzeugt wird und Strom fließt.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird die induktive Energie durch die induktive Energie E = B·L·v [V] repräsentiert.
  • Allgemein nimmt die induktive Energie E zu, wenn die Drehzahl V erhöht wird, und die induktive Energie E nimmt ab, wenn die Drehzahl V verringert wird. Wenn daher die induktive Energie E gleichzeitig mit einer Schwankung der Drehzahl V schwankt, kann die Schwankung der induktiven Energie E durch Verändern der Magnetflussdichte B gesteuert werden. Dementsprechend wird bei der zweiten Ausführungsform der der Feldspule 39 von der Induktionsspule 38 zugeführte Strom gesteuert, um die induktive Spannung zu steuern, die zwischen der Feldspule 39 und dem Stator 10 erzeugt wird.
  • Wie in den 10A, 10C und 10D gezeigt, ist gleichzeitig die Induktionsspule 38 aus einer Primärspule 38a (einer kreisförmigen Induktionsspule auf der festen Seite) und einer Sekundärspule 38b (einer kreisförmigen Induktionsspule auf der rotierenden Seite) zusammengesetzt.
  • Im Vergleich zu dem Befestigungselement 9 gemäß der ersten Ausführungsform ist ein Befestigungselement 9B gemäß der zweiten Ausführungsform nicht mit dem inneren zylindrischen Abschnitt 9b versehen, sondern aus dem äußeren zylindrischen Abschnitt 9a und einem kreisförmigen Plattenabschnitt 9c zusammengesetzt und mit der Primärspule 38a an der Kante des kreisförmigen Plattenabschnitts 9c auf der inneren mittleren Seite befestigt. Zwischen dem äußeren Gehäuse des Drehmomentwandlers 6a und sowohl dem kreisförmigen Plattenabschnitt 9c als auch der Primärspule 38a ist ein Spalt vorgesehen. Der Primärspule 38a auf der festen Seite wird beispielsweise von der Stromsteuereinheit 15B elektrische Energie wie Wechselstrom zugeführt.
  • Die Sekundärspule 38b ist auf der Stromabseite des Rotors 37 direkt am äußeren Gehäuse des Drehmomentwandlers 6a befestigt, wobei sie der Primärspule 38a auf festen Seite zugewandt ist und ein Spalt zwischen ihnen ausgebildet ist, und sie dreht sich einstückig mit dem Rotor 37 um die Drehwelle 8. Die Sekundärspule 38b ist über die Gleichrichterschaltung 33 elektrisch mit der Feldspule 39 des Rotors 37 verbunden. Daher wird durch eine gegenseitige induktive Wirkung zwischen der Primärspule 38a auf der festen Seite und der Sekundärspule 38b auf der rotierenden Seite auf der rotierenden Seite ein Wechselstrom in der Sekundärspule 38b erzeugt, und die Gleichrichterschaltung 33 richtet den erzeugten Wechselstrom gleich und führt den gleichgerichteten Strom dann der Feldspule 39 zu.
  • Auf diese Weise führt die Induktionsspule 38 der Feldspule 39 durch die wechselseitige induktive Wirkung, die zwischen der Primärspule 38a auf der festen Seite und der Sekundärspule 38b auf der rotierenden Seite auftritt, Strom von der Sekundärspule 38b auf der rotierenden Seite zu.
  • Daher steuert als ein Beispiel die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung im Anlassmodus den Wechselrichter 18 auf der Grundlage des Anlassbefehls für den Motor 2 an, um auf ähnliche Weise wie bei der ersten Ausführungsform einen Stromfluss im Stator 10 zuzulassen und den Stator 10 zu magnetisieren. Gleichzeitig führt die Stromsteuereinheit 15B unter der Steuerung der Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung der Primärspule 38a Strom zu, während der der Primärspule 38a zugeführte Strom verändert wird. Daraufhin verändert sich das Magnetfeld in der Primärspule 38a, und dadurch beeinflusst tritt eine elektromagnetische Induktion in der Sekundärspule 38b auf, und in der Sekundärspule 38b wird auf der rotierenden Seite Strom erzeugt. Die Gleichrichterschaltung 33 richtet den in der Sekundärspule 38b auf der rotierenden Seite erzeugten Strom gleich und führt anschließend den gleichgerichteten Strom der Feldspule 39 zu. Die Feldspule 39 wird angeregt, wenn ihr der Strom zugeführt wird, und der Rotor 37 dreht sich, wodurch eine induktive Spannung im Stator 10 erzeugt wird.
  • Bei der zweiten Ausführungsform mit der vorstehenden Konfiguration wird die elektrische Energie dem Rotor 37 der drehenden elektrischen Maschine 11B von der Stromsteuereinheit 15B durch die Nutzung des Prinzips der wechselseitigen Induktion der Induktionsspule 38 kontaktfrei zugeführt. Dann wird durch die Gleichrichterschaltung 33 oder die Gleichrichter-/Glättungsschaltung 34 die magnetische Feldstärke der im Rotor 37 vorgesehenen Feldspule 39 eingestellt. Die magnetische Feldstärke der Feldspule 39 wird auf ähnliche Weise wie bei der ersten Ausführungsform sowohl im Stromerzeugungsmodus als auch im Motoranlassmodus und im Fahrzeugantriebshilfsmodus auf der Grundlage der Stromsteuereinheit 15B eingestellt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass auf den Dauermagneten 40 verzichtet werden kann, wenn nicht die Notwendigkeit der Anordnung des Dauermagneten 40 in der Feldspule 39 und der Unterstützung der magnetischen Feldstärke der Feldspule 39 besteht.
  • Bei der zweiten Ausführungsform können eine ähnliche Funktionsweise und ein ähnliches Ergebnis wie gemäß der ersten Ausführungsform erzielt werden. Ferner kann die Vorrichtung einfach zusammengebaut werden, wobei bei der zweiten Ausführungsform nur ein Spalt 12 außerhalb des Rotors 37 gehalten wird, wogegen die Vorrichtung bei der ersten Ausführungsform so zusammengebaut werden muss, dass der erste Spalt 12 und der zweite Spalt 21 jeweils außerhalb und innerhalb des Rotors 7 gehalten werden. Daher kann die Vorrichtung bei der zweiten Ausführungsform leichter als bei der ersten Ausführungsform zusammengebaut werden.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • Bei einer dritten Ausführungsform ist eine Vorrichtung 13C zum Einstellen einer Magnetfeldstärke vorgesehen, die eine Konfiguration aufweist, die sich geringfügig von der der Vorrichtung 13B zum Einstellen einer Magnetfeldstärke gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet. Genauer ist die Vorrichtung 13C zum Einstellen einer Magnetfeldstärke, wie in den 12A bis 12D gezeigt, auf ähnliche Weise wie bei der zweiten Ausführungsform mit der Feldspule 39 und dem Dauermagneten 40 auf der Seite des Rotors in dem Rotor 37 der drehenden elektrischen Maschine 11B versehen. Gleichzeitig ist die Vorrichtung 13C zum Einstellen einer Magnetfeldstärke anstelle der Induktionsspule 38 mit mehreren plattenförmigen Dauermagneten 46a auf der festen Seite und einer Hilfsspule 45 zur Zufuhr elektrischer Energie wie Strom zur Feldspule 39 versehen.
  • Die Vorrichtung 13C zum Einstellen einer Magnetfeldstärke ist ferner mit der Gleichrichterschaltung 33 oder der Gleichrichter-/Glättungsschaltung 34, einer Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position des Dauermagneten, die eine Einstellung der Position des Dauermagneten 46a auf der festen Seite der Hilfsspule 45 ausführt, und einer Stromsteuereinheit 15C versehen, die als weiteres Beispiel der Einheit zur Steuerung der Einstellung der magnetischen Feldstärke dient und der Stromsteuereinheit 15 gemäß der ersten Ausführungsform entspricht.
  • Verglichen mit dem Befestigungselement 9B gemäß der zweiten Ausführungsform ist ein Befestigungselement 9C gemäß der dritten Ausführungsform aus dem äußeren zylindrischen Abschnitt 9a, der in der Axialrichtung der Drehwelle 8 lang ist, und einem kreisförmigen Plattenabschnitt 9c zusammengesetzt, und die Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position des Dauermagneten ist entlang der Axialrichtung der Drehwelle 8 an der Kante des kreisförmigen Plattenabschnitts 9c auf der inneren mittleren Seite befestigt. Die Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position des Dauermagneten weist eine Antriebswelle 44a, die vorwärts und rückwärts bewegt werden kann, und eine bewegliche Einheit 46 auf, die auf der festen Seite in ihrem Inneren den Dauermagneten 46a umfasst und am stromaufseitigen Ende der Antriebswelle 44a befestigt ist. Als ein Beispiel für die Form und Anordnung des Dauermagneten 46a auf der festen Seite können ein Beispiel, bei dem in einer zur Axialrichtung der Drehwelle 8 rechtwinkligen vertikalen Schnittform mehrere kreisbogenförmige Dauermagnete 46a in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, ein Beispiel, bei dem mehrere flache Dauermagnete 46a in Abständen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und dergleichen in Betracht gezogen werden. Die Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete wird von einem Bewegungsmechanismus, der die Antriebswelle 44a durch Flüssigkeitsdruck wie Öldruck, Gasdruck wie pneumatischen Druck oder Zentrifugalkraft in der Axialrichtung vorwärts und rückwärts bewegt, oder von einem Mechanismus wie einem elektrischen Stellglied gebildet, der die Antriebswelle 44a in der Axialrichtung vorwärts und rückwärts bewegt. Ein Betrag, um den die Antriebswelle 44a in der Axialrichtung vorwärts und rückwärts bewegt wird, d. h. ein Bewegungsbetrag des Dauermagneten 46a, wird durch die Zufuhr elektrischer Energie wie Strom von der Stromsteuereinheit 15C zur Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete gesteuert.
  • Die Anzahl der Vorrichtungen 44 zum Einstellen der Position der Dauermagneten, die angeordnet werden sollen, kann eine oder mehr als eine betragen. Als ein Beispiel der Anordnungskonfiguration der Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete umfasst eine Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete, wie in 12C gezeigt, eine vor und zurück bewegbare zylindrische Antriebswelle 44a, und ein kreisförmiger Ring mit mehreren entlang der Umfangsrichtung angeordneten Dauermagneten 46a ist an der Spitze der zylindrischen Antriebswelle 44a befestigt, wodurch die mehreren Dauermagnete 46a einstückig in der Axialrichtung der Antriebswelle 44a vorwärts und rückwärts bewegt werden können. Als weiteres Beispiel der Anordnungskonfiguration der Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete sind, wie in gezeigt 12D, drei Vorrichtungen 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete entlang des Umfangs angeordnet, wobei jede der Vorrichtungen 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete eine vor und zurück bewegbare säulenförmige Antriebswelle 44a-I umfasst und ein kreisförmiger Ring mit mehreren entlang der Umfangsrichtung angeordneten Dauermagneten 46a an der Spitze der säulenförmigen Antriebswelle 44a befestigt ist. Dadurch können durch synchrones Antreiben der drei Vorrichtungen 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete die drei säulenförmigen Antriebswellen 44a-I einstückig vorwärts und rückwärts bewegt werden, und die mehreren Dauermagnete 46a können in der Axialrichtung der Antriebswelle 44a-I einstückig vorwärts und rückwärts bewegt werden.
  • 12E zeigt einen Graphen, der ein Beispiel der Beziehung zwischen einem Positionsabweichungsbetrag und einer induktiven Spannung darstellt. Wenn die Gegebenheiten hinsichtlich der Drehzahl, des Strom und dergleichen die gleichen sind, wird die induktive Spannung ausschließlich auf der Grundlage eines von dem Dauermagneten 46a erzeugten Magnetflusses der Läuferverbindung bestimmt. Wird davon ausgegangen, dass der von dem Dauermagneten 46a erzeugte Magnetfluss der Läuferverbindung in der Axialrichtung gleichmäßig ist, kann davon ausgegangen werden, dass der Positionsabweichungsbetrag und der Magnetfluss eine proportionale Beziehung aufweisen, wie in 12E gezeigt. Daher kann die Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete auf der Grundlage dieser proportionalen Beziehung die Position des Dauermagneten 46a einfach einstellen.
  • Eine Spule 43 ist am stromabseitigen Ende des Rotors 37 direkt am äußeren Gehäuse des Drehmomentwandlers 6a befestigt, wobei sie dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite zugewandt ist und ein Spalt zwischen ihnen ausgebildet ist. Die Spule 43 dreht sich daher einstückig mit dem Rotor 37 um die Drehwelle 8. Die Spule 43 ist über die Gleichrichterschaltung 33 oder die Gleichrichter-/Glättungsschaltung 34 elektrisch mit der Feldspule 39 des Rotors 37 verbunden.
  • Dementsprechend verändert die Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete auf der Grundlage des der Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete von der Stromsteuereinheit 15C zugeführten Stroms die Position des Dauermagneten 46a auf der festen Seite in Bezug auf die Spule 43 des Dauermagneten 46a auf der festen Seite entlang der Axialrichtung der Drehwelle 8. Darauf verändert sich eine Dichte des durch den Dauermagneten 46a auf der festen Seite erzeugten Magnetflusses in Bezug auf die Spule 43 auf der rotierenden Seite, und dadurch beeinflusst verändert sich der in der Spule 43 erzeugte Wechselstrom. Der in der Spule 43 erzeugte Wechselstrom wird von der Gleichrichterschaltung 33 oder der Gleichrichter-/Glättungsschaltung 34 gleichgerichtet und anschließend der Feldspule 39 zugeführt. Die Feldspule 39 wird angeregt, wenn ihr Strom zugeführt wird, und der Rotor 37 dreht sich, wodurch eine Spannung im Stator 10 erzeugt wird. Auf diese Weise veranlasst die Hilfsspule 45, dass von dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite induktive Energie in der Spule 43 auf der rotierenden Seite erzeugt wird, und führt der Feldspule 39 auf der Grundlage der induktiven Energie von der Spule 43 auf der rotierenden Seite Strom zu.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die 12A, 13, 14 und 15 jeweils zeigen: einen Status (1), in dem ein Betrag der Abweichung zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 in der Axialrichtung bei der von der Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete ausgeführten Positionseinstellung am geringsten ist; einen Status (2), in dem der Abweichungsbetrag geringfügig groß ist; einen Status (3), in dem der Abweichungsbetrag groß ist; und einen Status (4), in dem der Abweichungsbetrag am größten ist.
  • Der von der Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete gehaltene Dauermagnet 46a auf der festen Seite liegt der Spule 43 mit einem zwischen ihnen ausgebildeten Spalt gegenüber, und die Positionseinstellung des Dauermagneten 46a in Bezug auf die Spule 43 erfolgt in der Axialrichtung der Drehwelle 8. Dadurch kann ein Anstieg der induktiven Spannung, mit dem ein Anstieg der Drehzahl des Rotors 37 einhergeht, durch Gleichrichten der durch den Dauermagneten 46a auf der festen Seite in der Spule 43 auf der rotierenden Seite erzeugten induktiven Spannung und die Zufuhr der gleichgerichteten Spannung zu der Feldspule 39 zur Magnetisierung der Feldspule 39 reduziert werden. Die magnetische Kraft der magnetisierten Feldspule 39 wird veranlasst, in eine Richtung zu wirken, in der die magnetische Kraft des Dauermagneten 40 des Rotors 37 abgeschwächt wird, um die in der Spule des Stators 10 erzeugte induktive Spannung zu verringern. Dies bedeutet, dass sie so konfiguriert ist, dass die Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete die relative Positionsbeziehung zwischen der Spule 43 und dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite einstellt, um einen Strom einzustellen, der der Feldspule 39 von der Spule 43 zugeführt wird, und dadurch die magnetische Feldstärke der Feldspule 39 einzustellen.
  • Dies wird unter Bezugnahme auf die 16 und 17 im Einzelnen beschrieben. 16 zeigt einen Graphen I einer in dem Dauermagneten 40 auf der Seite des Rotors erzeugten induktiven Spannung und einen Graphen II einer in der Hilfsspule 45 erzeugten induktiven Spannung. Da die in dem Dauermagneten 40 auf der Seite des Rotors erzeugte induktive Spannung (vergl. Graph I) und die in der Hilfsspule 45 erzeugte induktive Spannung (vergl. Graph II) entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen, zeigt 16 jeweils die positive Seite und die negative Seite, wobei eine horizontale Achse (4) zu dem Zeitpunkt als Grenze genommen wird, zu dem die induktive Spannung 0 ist. 17 zeigt einen Graphen III einer durch Anlegen der in dem Dauermagneten 40 auf der Seite des Rotors und der Hilfsspule 45 erzeugten induktive Spannungen an die Feldspule 39 im Stator 10 erzeugten induktiven Spannung. In den 16 und 17 zeigen (1), (2), (3) und (4) im Graphen II und im Graphen III jeweils die folgenden Status gemäß den 12A, 13, 14 und 15: einen Status (1), in dem ein Betrag der Abweichung zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 in der Axialrichtung bei der von der Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete ausgeführten Positionseinstellung am geringsten ist; einen Status (2), in dem der Abweichungsbetrag geringfügig groß ist; einen Status (3), in dem der Abweichungsbetrag groß ist; und einen Status (4), in dem der Abweichungsbetrag am größten ist. Dies bedeutet, dass die induktive Spannung im Graphen III gemäß 17 kleiner als die in dem Dauermagneten 40 auf der Seite des Rotors erzeugte induktive Spannung im Graphen I gemäß 16 ist.
  • Diese Figuren zeigen, dass die auf der Seite des Stators erzeugte induktive Spannung im Status (1) am geringsten ist, in dem der Betrag der Abweichung zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 in der Axialrichtung am geringsten ist. Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Status, in dem der Betrag der Abweichung zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 in der Axialrichtung am geringsten ist, als ein Beispiel ein Status ist, in dem eine Mittellinie 46c des Dauermagneten 46a auf der festen Seite mit einer Mittellinie 43c der Spule 43 zusammenfällt, wie in 12A gezeigt.
  • Ferner bedeutet es, dass die auf der Seite des Stators erzeugte induktive Spannung im Status (2) geringfügig groß ist, in dem der Betrag der Abweichung zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 in der Axialrichtung geringfügig groß ist. Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Status, in dem der Betrag der Abweichung zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 in der Axialrichtung geringfügig groß ist, als ein Beispiel ein Status ist, in dem die Mittellinie 46c des Dauermagneten 46a auf der festen Seite und die Mittellinie 43c der Spule 43 nicht zusammenfallen und in Bezug aufeinander geringfügig abweichen, wie in 13 gezeigt.
  • Überdies bedeutet es, dass die auf der Seite des Stators erzeugte induktive Spannung im Status (3) höher ist, in dem der Betrag der Abweichung zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 in der Axialrichtung groß ist. Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Status, in dem der Betrag der Abweichung zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 in der Axialrichtung groß ist, als ein Beispiel ein Status ist, in dem die Mittellinie 46c des Dauermagneten 46a auf der festen Seite und die Mittellinie 43c der Spule 43 nicht zusammenfallen und in Bezug aufeinander erheblich abweichen, wie in 14 gezeigt.
  • Es bedeutet, dass die auf der Seite des Stators erzeugte induktive Spannung im Status (4) am größten ist, in dem der Betrag der Abweichung zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 in der Axialrichtung am größten ist. Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Status, in dem der Betrag der Abweichung zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 in der Axialrichtung am größten ist, als ein Beispiel ein Status ist, in dem die Mittellinie 46c des Dauermagneten 46a auf der festen Seite und die Mittellinie 43c der Spule 43 nicht zusammenfallen und am weitesten voneinander abweichen, wie in 15 gezeigt.
  • Auf diese Weise kann die induktive Spannung durch Einstellen des Abweichungsbetrags zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 in der Axialrichtung gesteuert werden.
  • Nachstehend wird als ein Beispiel die Funktion in jedem Modus ist beschrieben.
  • (a) Motoranlassmodus
  • Auf der Grundlage eines Anlassbefehls für den Motor 2 führt die Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete unter der Steuerung der Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung durch die Stromsteuereinheit 15C die Einstellung der Position des Dauermagneten 46a auf der festen Seite aus, um in den Status (4) gemäß 15 einzutreten. Wenn die Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung dann den Wechselrichter 18 ansteuert, um das Fließen von Strom im Stator 10 zuzulassen und den Stator 10 dann zu magnetisieren, beginnt der Rotor 7 einschließlich des Dauermagneten 40 auf der Seite des Rotors, sich in Bezug auf den Stator 10 zu drehen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Positionseinstellung des Dauermagneten 46a auf der festen Seite gleichzeitig mit der Drehung des Rotors 7 ausgeführt werden kann.
  • Die größte Menge an Energie wird hinsichtlich der Beziehung zwischen der Einstellung der Position des Dauermagneten 46a auf der festen Seite und dem Abstand zwischen dem Dauermagneten 46a auf der festen Seite und der Spule 43 im Status (4) gemäß 15 erzeugt, nämlich in einem Status, in dem der Dauermagnet 46a auf der festen Seite und die Spule 43 auf der entsprechenden Seite einander nicht überlappen. Der Motoranlassmodus wird im Status (4) eingeleitet, in dem die Menge des erzeugten Stroms hoch ist, wie dementsprechend beschrieben. Wenn die Drehzahl ab dem Beginn des Motoranlassmodus steigt und bei der ersten Zündung die Drehzahl Nmin erreicht, wird der Modus in den Stromerzeugungsmodus umgeschaltet und bleibt anschließend in diesem Modus.
  • (b) Stromerzeugungsmodus
  • Wenn die Drehzahl bei der ersten Zündung der Drehzahl Nmin entspricht oder höher ist, wird die Position des Dauermagneten 46a auf der festen Seite in Bezug auf die Spule 43 von der Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete unter der Steuerung der Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung so eingestellt, dass die induktive Spannung konstant gehalten wird.
  • Genauer steuert die Stromsteuereinheit 15C beim Vorgang der Erhöhung der Drehzahl unter der Steuerung der Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung die Vorrichtung 44 zum Einstellen der Position der Dauermagnete so, dass die Position des Dauermagneten 46a auf der festen Seite in Bezug auf die Spule 43 sukzessive aus dem Status (4) in den Status (3), aus dem Status (3) in den Status (2) und aus dem Status (2) in den Status (1) (d. h. aus dem Status gemäß 15 in den Status gemäß 14, aus dem Status gemäß 14 in den Status gemäß 13 und aus dem Status gemäß 13 in den Status gemäß 12A) bewegt wird. Um die induktive Spannung durch die Einstellung der Position des Dauermagneten 46a auf der festen Seite konstant zu halten, wie dementsprechend beschrieben, wird die Menge des erzeugten Stroms so gesteuert, dass sie entsprechend der Drehzahl allmählich abnimmt. Wie in 18 durch eine durchgehende Linie 50 dargestellt, bedeutet das Verschieben aus dem Status (4) in den Status (1), dass der Status über den Status (3) und den Status (2) seitlich aus den Status (4) in den Status (1) verschoben wird. Gemäß der durchgehenden Linie 50 in 18 ist beispielsweise, wenn sich die Drehzahl an einem ersten Umlenkpunkt 49 auf der linken Seite der durchgehenden Linie 50 befindet, die induktive Spannung im Status (4) am höchsten und in der Reihenfolge des Status (3), des Status (2) und des Status (1) höher. Wenn bei einer derartigen Durchführung der Positionseinstellung, dass sich die induktive Spannung in einem konstanten Zustand befindet, wie durch die durchgehende Linie 50 dargestellt, die Positionseinstellung trotz eines Anstiegs der Anzahl der Umdrehungen nicht ausgeführt wird, weicht die induktive Spannung von der durchgehenden Linie 50 ab und nimmt nach dem ersten Umlenkpunkt 49 entlang des Graphen in Form einer gestrichelten Linie für den Status (4) zu. Durch ein derartiges Ausführen der Positionseinstellung, dass sich die induktive Spannung selbst nach dem ersten Umlenkpunkt 49, wenn die Anzahl der Umdrehungen zunimmt, in dem konstanten Zustand befindet, erfolgt die Steuerung so, dass die induktive Spannung nicht entlang des Graphen für den Status (4) erhöht wird, sondern dass die induktive Spannung entlang der durchgehenden Linie 50 zu einem zweiten Punkt 51 und anschließend zu einem dritten Punkt 52 verschoben wird. Ferner erfolgt durch ein derartiges Ausführen der Positionseinstellung, dass sich die induktive Spannung selbst nach dem Punkt 52, wenn die Anzahl der Umdrehungen zunimmt, in dem konstanten Zustand befindet, eine derartige Steuerung, dass die induktive Spannung nicht entlang der Graphen für die Status (4), (3) oder (2) erhöht wird, sondern die induktive Spannung entlang der durchgehenden Linie 50 zu einem vierten Punkt 53 verschoben wird.
  • Wie dementsprechend beschrieben, wird im Stromerzeugungsmodus und im Anlassmodus die Drehzahl erfasst, während die induktive Spannung konstant gehalten wird, und die Positionseinstellung kann einfach dergestalt ausgeführt werden, dass die induktive Spannung auf der Grundlage der erfassten Drehzahl automatisch auf der durchgehenden Linie 50 verschoben wird.
  • (c) Fahrzeugantriebshilfsmodus
  • Da in diesem Modus nicht die Notwendigkeit besteht, die induktive Spannung zu begrenzen, erfolgt die Steuerung unabhängig von der induktiven Spannung durch ein derartiges Ausführen der Positionseinstellung, dass der Status beispielsweise auf der Grundlage des vorab auf die Verbesserung der Kraftstoffeffizienz eingestellten und in der Einheit 16 zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung gespeicherten Programms entsprechend der Drehzahl zwischen dem Status (4) und dem Status (3), zwischen dem Status (3) und dem Status (2) oder zwischen dem Status (2) und dem Status (1) umgestellt wird.
  • Gemäß der dritten Ausführungsform können ein ähnlicher Betrieb und ein ähnliches Ergebnis wie gemäß der ersten Ausführungsform erzielt werden, und ferner wird Vorrichtung bei der dritten Ausführungsform mit nur einem auf der Außenseite des Rotors 37 gehaltenen Spalt 12 zusammengebaut, während die Vorrichtung bei der ersten Ausführungsform mit dem ersten Spalt 12 und dem zweiten Spalt 21 zusammengebaut werden muss, die jeweils auf der Außenseite und der Innenseite des Rotors 7 gehalten werden. Dadurch kann der Zusammenbau bei der dritten Ausführungsform im Vergleich zur ersten Ausführungsform leicht ausgeführt werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass mit einer beliebig aus der vorstehenden Vielfalt von Ausführungsformen bzw. Beispielen ausgewählten, geeigneten Kombination der Ausführungsform(en) oder eines modifizierten Beispiels/der modifizierten Beispiele die Ergebnisse der jeweiligen Ausführungsformen oder Beispiele erzielt werden können. Während eine Kombination von Ausführungsformen, eine Kombination von Beispielen oder eine Kombination einer Ausführungsform und eines Beispiels möglich ist, ist auch eine Kombination der Merkmale verschiedener Ausführungsformen oder Beispiele möglich.
  • Die Kraftübertragungsvorrichtung mit der drehenden elektrischen Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Drehantriebskraft der drehenden elektrischen Maschine selbst im kalten Zustand zuverlässig an den Verbrennungsmotor übertragen und den Verbrennungsmotor im kalten Zustand zuverlässig anlassen und ist als Kraftübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und dergleichen nützlich.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 4782348 [0003]
    • JP 4787242 [0003]
    • JP 2009-508464 [0003]

Claims (12)

  1. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine, wobei die Vorrichtung an einem Kraftübertragungsweg von einer Ausgangswelle eines Verbrennungsmotors zu einem Getriebe in einem Fahrzeug angeordnet ist, wobei die Vorrichtung umfasst: eine drehende elektrische Maschine, die aufweist: einen Rotor, der mit einem synchron rotierenden Element gekoppelt ist, das sich synchron mit der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors dreht, wobei eine Mittelachse der Ausgangswelle des Verbrennungsmotors als Drehwelle genommen wird, und einen Stator, der auf einer in Bezug auf das synchron rotierende Element nicht rotierenden Seite an einem Befestigungselement befestigt ist und dem Rotor mit einem dazwischen ausgebildeten ersten Spalt gegenüberliegt.
  2. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 1, wobei das synchron rotierende Element entweder ein äußeres Gehäuse einer Reibungskupplung oder ein Schwungrad ist, das mit einer Seite der Reibungskupplung gekoppelt ist, auf der sich der Verbrennungsmotor befindet.
  3. Kraftübertragungsvorrichtung mit der drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 1, wobei das synchron rotierende Element entweder ein äußeres Gehäuse eines Drehmomentwandlers oder eine Antriebsscheibe ist, die mit einer Seite des Drehmomentwandlers gekoppelt ist, auf der sich der Verbrennungsmotor befindet.
  4. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 1, wobei das synchron rotierende Element entweder eine äußeres Gehäuse einer Fluidkupplung oder eine Antriebsscheibe ist, die mit einer Seite der Fluidkupplung gekoppelt ist, auf der sich der Verbrennungsmotor befindet.
  5. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: eine Vorrichtung zum Einstellen einer Magnetfeldstärke, die eine magnetische Feldstärke des Rotors so einstellt, dass sie beim Anlassen des Verbrennungsmotors und zum Zeitpunkt einer Stromerzeugung unterschiedlich ist, wobei eine im Stator erzeugte induktive Spannung beim Anlassen des Verbrennungsmotors und zum Zeitpunkt der Stromerzeugung unterschiedlich gehalten wird.
  6. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung zum Einstellen einer Magnetfeldstärke umfasst: eine Feldspule, die eine magnetische Feldstärke an den Rotor anlegt, um den Rotor anzuregen, und eine Einheit zur Steuerung der Einstellung der magnetischen Feldstärke, die die elektrische Energie steuert, die der Feldspule zugeführt wird, um die magnetische Feldstärke einzustellen, die in der Feldspule erzeugt wird, wobei die Vorrichtung zum Einstellen einer Magnetfeldstärke elektrische Energie, die der Feldspule von der Einheit zur Steuerung der Einstellung der magnetischen Feldstärke zugeführt wird, so steuert, dass sie sich beim Anlassen des Verbrennungsmotors und zum Zeitpunkt der Stromerzeugung unterscheidet, um die magnetische Feldstärke des Rotors unterschiedlich einzustellen und die induktive Spannung, die im Stator erzeugt wird, beim Anlassen des Verbrennungsmotors und zum Zeitpunkt der Stromerzeugung unterschiedlich einzustellen, und wobei die Vorrichtung ferner umfasst: einen Wechselrichter, der elektrisch mit dem Stator verbunden ist, und eine Einheit zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung, wobei die Einheit zwischen dem Anlassen des Verbrennungsmotors und dem Zeitpunkt der Stromerzeugung unterscheidet und die Ansteuerung sowohl des Wechselrichters als auch der Einheit zur Steuerung der Einstellung der magnetischen Feldstärke steuert.
  7. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 6, wobei der Rotor der drehenden elektrischen Maschine eine zylindrische Form aufweist und ein erster Klauenpol und ein zweiter Klauenpol einander in einer Form gegenüberliegen, in der sie einen nichtmagnetischen Körper in einem vertikalen Querschnitt entlang einer Axialrichtung der Drehwelle des Rotors sandwich-artig umschließen, wobei der erste Klauenpol und der zweite Klauenpol, die jeweils aus einem magnetischen Körper ausgebildet sind, so angeordnet sind, dass sie in Form einer welligen Linie abwechselnd entlang einer Umfangsrichtung des Rotors vorstehen, der Stator in einer zylindrischen Form auf einer radial äußeren Seite des Rotors angeordnet ist, und zwar mit dem ersten Spalt dazwischen, und die Feldspule der Vorrichtung zum Einstellen einer Magnetfeldstärke auf der nicht rotierenden Seite radial im Inneren des Rotors an dem Befestigungselement befestigt ist, und zwar mit einem zweiten Spalt dazwischen, und eine magnetische Feldstärke an den kontaktfrei angeordneten Rotor anlegt, um den ersten Klauenpol und den zweiten Klauenpol anzuregen, die jeweils den magnetischen Körper des Rotors bilden.
  8. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 7, wobei der Rotor der drehenden elektrischen Maschine anstelle des nichtmagnetischen Körpers einen Dauermagneten umfasst.
  9. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 6, wobei die Feldspule in dem Rotor der drehenden elektrischen Maschine vorgesehen ist, die Vorrichtung zum Einstellen einer Magnetfeldstärke umfasst eine Induktionsspule, die auf einer festen Seite, die an dem Befestigungselement befestigt ist, an dem der Stator befestigt ist, aus einer Primärspule gebildet ist, und der die elektrische Energie zugeführt wird, die der Feldspule von der Einheit zur Steuerung der Einstellung der magnetischen Feldstärke zugeführt wird, und auf einer rotierenden Seite, die mit dem synchron rotierenden Element gekoppelt ist und die gleiche Drehung wie der Rotor ausführt, aus einer Sekundärspule gebildet ist, und eine Gleichrichterschaltung, die zwischen der Sekundärspule der Induktionsspule und der Feldspule des Rotors angeordnet ist und Strom gleichrichtet, der der Feldspule von der Sekundärspule zugeführt wird, und wobei die elektrische Energie, die der Feldspule von der Einheit zur Steuerung der Einstellung der magnetischen Feldstärke zugeführt wird, der Feldspule über die Primärspule, die Sekundärspule und die Gleichrichterschaltung zugeführt wird.
  10. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 9, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Gleichrichter-/Glättungsschaltung, die anstelle der Gleichrichterschaltung zwischen der Sekundärspule und der Feldspule angeordnet ist und den Strom gleichrichtet und glättet, der der Feldspule von der Sekundärspule zugeführt wird.
  11. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein Dauermagnet in einem Kern der Feldspule im Rotor der drehenden elektrischen Maschine vorgesehen ist.
  12. Kraftübertragungsvorrichtung mit einer drehenden elektrischen Maschine nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: einen Dauermagneten auf einer festen Seite, der anstelle der Primärspule der Induktionsspule an dem Befestigungselement angeordnet ist; eine Spule auf einer rotierenden Seite, die anstelle der Sekundärspule der Induktionsspule mit dem synchron rotierenden Element gekoppelt ist und die gleiche Drehung wie der Rotor ausführt; und eine Vorrichtung zum Einstellen der Position des Dauermagneten, die elektrisch mit der Einheit zur Steuerung der Einstellung der magnetischen Feldstärke verbunden ist und längs der Axialrichtung der Drehwelle des Rotors eine relative Positionsbeziehung des Dauermagneten auf der festen Seite in Bezug auf die Spule auf der rotierenden Seite einstellt, wobei die Einheit zur Steuerung der Kraftübertragungsvorrichtung die Vorrichtung zum Einstellen der Position des Dauermagneten über die Einheit zur Steuerung der Einstellung der magnetischen Feldstärke veranlasst, die relative Positionsbeziehung des Dauermagneten auf der festen Seite in Bezug auf die Spule auf der rotierenden Seite längs der Axialrichtung der Drehwelle des Rotors beim Anlassen des Verbrennungsmotors und zum Zeitpunkt der Stromerzeugung unterschiedlich einzustellen, um die elektrische Energie zu steuern, die der Feldspule von der Spule auf der rotierenden Seite zugeführt wird, und die magnetische Feldstärke, die in der Feldspule erzeugt wird, beim Anlassen des Verbrennungsmotors und zum Zeitpunkt der Stromerzeugung unterschiedlich einzustellen.
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