DE102022100666A1

DE102022100666A1 - Ein elektrifiziertes antriebssystem und vorrichtung

Info

Publication number: DE102022100666A1
Application number: DE102022100666.2A
Authority: DE
Inventors: Chengwu Duan; Jian Yao; Lei Hao; Dongxu Li; Chunhao J. Lee; Norman K. Bucknor
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2023-06-01
Also published as: CN116207913A; US20230167886A1; US11703113B2

Abstract

Es wird ein elektrifiziertes Antriebsstrangsystem beschrieben, das die Leistungsdichte maximiert, einfach zu verpacken ist und die Fahrbarkeit verbessert. Es umfasst ein Antriebssystem mit einer axial drehenden elektrischen Maschine, einem Drehmomentwandler mit einer wählbaren Einwegkupplung und einem Abtriebselement, das an einen Antriebsstrang gekoppelt werden kann. Die axial drehende elektrische Maschine umfasst einen ersten Rotor, der koaxial zu einem ersten elektrischen Stator angeordnet ist. Der Drehmomentwandler umfasst einen Fluidikstator, eine Pumpe, eine Turbine und eine Drehmomentwandlerkupplung. Die axial durchströmte rotierende elektrische Maschine ist koaxial zum Drehmomentwandler angeordnet. Der erste Rotor der axial durchströmten rotierenden elektrischen Maschine ist mit der Pumpe des Drehmomentwandlers gekoppelt, und die Turbine des Drehmomentwandlers ist drehbar mit dem Abtriebselement verbunden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf elektrifizierte Antriebssysteme für Fahrzeuge.
HINTERGRUND
Elektrifizierte Antriebsstränge für Fahrzeuge umfassen beispielsweise batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, Elektrofahrzeuge mit erweiterter Reichweite, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge und Brennstoffzellen-Hybrid-Elektrofahrzeuge. Wie erfahrene Praktiker wissen, umfasst die Entwicklung elektrifizierter Antriebsstränge die Optimierung und Abwägung von Zugkraft, Gewicht, Packvolumen, Reichweite, Fahrbarkeit und anderen Faktoren. Fahrzeugentwickler streben ein schnelles, leichtes und reaktionsschnelles Antriebssystem an, das in einem Fahrzeug untergebracht werden kann und in der Lage ist, lange Strecken mit minimalem Bedarf an elektrischer Aufladung zurückzulegen.
Elektrische Maschinen wandeln elektrische Energie in mechanische Arbeit um, indem sie ein Drehmoment erzeugen. In Elektrofahrzeugen, einschließlich Hybridfahrzeugen, werden Elektromotoren, wie z. B. Induktionsmotoren und Permanentmagnetmotoren, eingesetzt, um die Fahrzeuge anzutreiben und als elektrischer Generator Bremsenergie zu gewinnen. Im Allgemeinen besteht der Elektromotor aus einem Rotor, der sich während des Betriebs dreht, und einem elektrischen Stator, der stationär ist. Der Rotor kann eine Vielzahl von Permanentmagneten enthalten und dreht sich relativ zum feststehenden elektrischen Stator. Der Rotor ist mit einer Welle verbunden, die sich ebenfalls mit dem Rotor dreht. Der Rotor, einschließlich der Dauermagneten, ist durch einen vorbestimmten Luftspalt vom elektrischen Stator getrennt. Der elektrische Stator enthält Leiter in Form von Drahtwicklungen. Wenn elektrische Energie über die leitenden Drahtwicklungen zugeführt wird, wird ein Magnetfeld erzeugt. Wenn elektrische Energie oder Leistung in die leitenden Wicklungen des elektrischen Stators eingespeist wird, kann die Leistung über den Luftspalt durch einen magnetischen Fluss übertragen werden, der ein Drehmoment erzeugt, das auf die Permanentmagneten im Rotor wirkt. Auf diese Weise kann mechanische Leistung auf die rotierende Welle übertragen oder von ihr abgezogen werden. In einem Elektrofahrzeug überträgt der Rotor somit ein Drehmoment über die rotierende Welle durch ein Getriebe auf die Antriebsräder des Fahrzeugs.
Zwei gängige Arten von Elektromotoren sind Radialfluss- und Axialflussmotoren. Bei einem Radialflussmotor sind der Rotor und der elektrische Stator in der Regel in einer konzentrischen oder verschachtelten Konfiguration angeordnet, so dass bei Erregung des elektrischen Stators ein magnetischer Fluss erzeugt wird, der sich radial vom elektrischen Stator zum Rotor erstreckt. Daher sind die leitenden Wicklungen im elektrischen Stator typischerweise senkrecht zu einer Drehachse angeordnet, so dass ein Magnetfeld erzeugt wird, das in radialer Richtung zur Drehachse (entlang der Welle) ausgerichtet ist. In einem Axialflussmotor wird durch die elektrisch leitenden Drahtwicklungen im elektrischen Stator ein zur Drehachse paralleles Magnetfeld erzeugt, so dass der magnetische Fluss parallel zur Drehachse (parallel zur Welle) verläuft. In bestimmten Anwendungen sind Axialflussmotoren wünschenswert, weil sie relativ leicht sind, eine höhere Leistung erzeugen und im Vergleich zu Radialflussmotoren kompakt sind.
Es besteht ein Bedarf an einem elektrifizierten Antriebssystem, das die Leistungsdichte maximiert, einfach zu verpacken ist und die Fahrbarkeit verbessert.
BESCHREIBUNG
Es wird ein elektrifiziertes Antriebsstrangsystem beschrieben, das die Leistungsdichte maximiert, einfach zu verpacken ist und die Fahrbarkeit verbessert. Es umfasst ein Antriebssystem mit einer axial drehenden elektrischen Maschine, einem Drehmomentwandler mit einer wählbaren Einwegkupplung und einem Abtriebselement, das an einen Antriebsstrang gekoppelt werden kann. Die axial drehende elektrische Maschine umfasst einen ersten Rotor, der koaxial zu einem ersten elektrischen Stator angeordnet ist. Der Drehmomentwandler umfasst einen Fluidikstator, eine Pumpe, eine Turbine und eine Drehmomentwandlerkupplung. Die axial durchströmte rotierende elektrische Maschine ist koaxial zum Drehmomentwandler angeordnet. Der erste Rotor der axial durchströmten rotierenden elektrischen Maschine ist mit der Pumpe des Drehmomentwandlers gekoppelt, und die Turbine des Drehmomentwandlers ist drehbar mit dem Abtriebselement verbunden.
Ein Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das mit der Turbine des Drehmomentwandlers gekoppelte Abtriebselement drehbar mit einem Antriebsstrang verbunden ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die Drehmomentwandlerkupplung eine normalerweise geschlossene Kupplung ist, wobei die Drehmomentwandlerkupplung während eines Startmanövers in einen offenen Zustand gesteuert wird.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die axial durchströmte rotierende elektrische Maschine, die eine mehrphasige bürstenlose permanentmagnetische rotierende elektrische Maschine ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass der erste Rotor aus einer Vielzahl von radial ausgerichteten Permanentmagneten besteht, die an einer scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass der erste elektrische Stator eine scheibenförmige Vorrichtung mit einer Vielzahl von radial ausgerichteten Pfosten ist, wobei jeder der Pfosten eine elektrisch leitende Wicklung aufweist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst den ersten Rotor mit einer Vielzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten, die an einer scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind. Der erste elektrische Stator ist eine scheibenförmige Vorrichtung mit mehreren elektrisch leitenden Wicklungen, und die mehreren radial ausgerichteten Permanentmagnete sind neben den mehreren radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen in einer axialen Ausrichtung angeordnet und durch einen Luftspalt getrennt.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Drehmomentwandlerkupplung, die entweder eine Klauenkupplung, eine vorgespannte Reibungskupplung oder eine elektromagnetische Kupplung ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst einen zweiten Rotor, der koaxial mit dem ersten Rotor und dem ersten elektrischen Stator angeordnet ist, wobei der elektrische Stator zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor angeordnet ist und wobei der erste Rotor mit dem zweiten Rotor über eine Welle gekoppelt ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass der erste Rotor aus einer ersten Mehrzahl von radial ausgerichteten Permanentmagneten besteht, die an einer ersten scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind, wobei der zweite Rotor eine zweite Mehrzahl von radial ausgerichteten Permanentmagneten umfasst, die an einer zweiten scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind, wobei der erste elektrische Stator eine scheibenförmige Vorrichtung mit einer Mehrzahl von elektrisch leitenden Wicklungen ist, wobei die erste Mehrzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten benachbart zu einer ersten Seite der Mehrzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen in einer axialen Ausrichtung angeordnet sind und durch einen ersten Luftspalt getrennt sind, und wobei die zweite Mehrzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten benachbart zu einer zweiten Seite einer Mehrzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen in der axialen Ausrichtung angeordnet sind und durch einen zweiten Luftspalt getrennt sind.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst einen zweiten elektrischen Stator, der koaxial mit dem ersten Rotor und dem ersten elektrischen Stator angeordnet ist, wobei der erste Rotor zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Stator angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass der erste Rotor eine erste Mehrzahl von radial ausgerichteten Permanentmagneten ist, die an einer ersten Seite einer scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind, wobei der erste Rotor eine zweite Mehrzahl von radial ausgerichteten Permanentmagneten beinhaltet, die an einer zweiten Seite der scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind, wobei der erste elektrische Stator eine scheibenförmige Vorrichtung mit einer ersten Mehrzahl von elektrisch leitenden Wicklungen umfasst, wobei die erste Mehrzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten benachbart zu einer ersten Seite der ersten Mehrzahl von elektrisch leitenden Wicklungen in einer axialen Orientierung angeordnet und durch einen ersten Luftspalt getrennt sind, und wobei die zweite Parallele von radial ausgerichteten Dauermagneten benachbart zu einer zweiten Seite der ersten Mehrzahl von elektrisch leitenden Wicklungen in der axialen Orientierung angeordnet und durch einen zweiten Luftspalt getrennt sind.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst ein Antriebssystem, das eine erste rotierende elektrische Maschine mit axialem Fluss und eine zweite rotierende elektrische Maschine mit axialem Fluss umfasst, die koaxial zu einem Drehmomentwandler angeordnet sind. Die erste axial durchströmte rotierende elektrische Maschine hat einen ersten Rotor, der koaxial zu einem ersten elektrischen Stator angeordnet ist. Die zweite axial durchströmte rotierende elektrische Maschine hat einen zweiten Rotor, der koaxial zu einem zweiten elektrischen Stator angeordnet ist. Der Drehmomentwandler umfasst einen Fluidikstator, eine Pumpe, eine Turbine und eine Drehmomentwandlerkupplung. Die erste und die zweite axial durchströmte rotierende elektrische Maschine sind koaxial mit dem Drehmomentwandler angeordnet, wobei der erste Rotor und der zweite Rotor der ersten axial durchströmten rotierenden elektrischen Maschine mit der Pumpe des Drehmomentwandlers gekoppelt sind und wobei die Turbine des Drehmomentwandlers drehbar mit einem Ausgangselement gekoppelt ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst eine wählbare Einwegkupplung, die zwischen dem Fluidikstator und einem mechanischen Masseelement gekoppelt ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass die Drehmomentwandlerkupplung eine normalerweise geschlossene Kupplung ist, wobei die Drehmomentwandlerkupplung während eines Startmanövers in einen offenen Zustand gesteuert wird.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass der erste elektrische Stator eine erste scheibenförmige Vorrichtung mit einer ersten Vielzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen ist und der erste Rotor eine erste Vielzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten umfasst, die an einer ersten scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind. Der zweite elektrische Stator umfasst eine zweite scheibenförmige Vorrichtung mit einer zweiten Vielzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen; und der zweite Rotor umfasst eine zweite Vielzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten, die an einer zweiten scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind. Die erste Mehrzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten ist neben der ersten Mehrzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen in einer axialen Ausrichtung angeordnet und durch einen ersten Luftspalt getrennt, und die zweite Mehrzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten ist neben der zweiten Mehrzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen in einer axialen Ausrichtung angeordnet und durch einen zweiten Luftspalt getrennt.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst ein Antriebssystem mit einer ersten axial durchströmten rotierenden elektrischen Maschine, einer zweiten axial durchströmten rotierenden elektrischen Maschine, einem ersten Drehmomentwandler und einem zweiten Drehmomentwandler. Die erste axial durchströmte rotierende elektrische Maschine, die zweite axial durchströmte rotierende elektrische Maschine, der erste Drehmomentwandler und der zweite Drehmomentwandler sind koaxial angeordnet. Die erste axial durchströmte rotierende elektrische Maschine umfasst einen ersten Rotor, der koaxial zu einem ersten elektrischen Stator angeordnet ist, und die zweite axial durchströmte rotierende elektrische Maschine umfasst einen zweiten Rotor, der koaxial zu einem zweiten elektrischen Stator angeordnet ist. Der erste Drehmomentwandler umfasst einen ersten Fluidikstator, eine erste Pumpe, eine erste Turbine und eine erste Drehmomentwandlerkupplung. Der zweite Drehmomentwandler umfasst einen zweiten Fluidikstator, eine zweite Pumpe, eine zweite Turbine und eine zweite Drehmomentwandlerkupplung. Der erste Rotor der ersten rotierenden Axialfluss-Elektromaschine ist mit der ersten Pumpe des ersten Drehmomentwandlers verbunden, und der zweite Rotor der zweiten rotierenden Axialfluss-Elektromaschine ist mit der zweiten Pumpe des zweiten Drehmomentwandlers verbunden. Die erste Turbine des ersten Drehmomentwandlers ist drehbar mit einem ersten Abtriebselement verbunden, und die zweite Turbine des zweiten Drehmomentwandlers ist drehbar mit einem zweiten Abtriebselement verbunden.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass der erste elektrische Stator eine erste scheibenförmige Vorrichtung mit einer ersten Vielzahl von radial ausgerichteten, elektrisch leitenden Wicklungen ist. Der erste Rotor umfasst eine erste Vielzahl von radial ausgerichteten Permanentmagneten, die an einer ersten scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind, und der zweite elektrische Stator umfasst eine zweite scheibenförmige Vorrichtung mit einer zweiten Vielzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen.
Der zweite Rotor umfasst eine zweite Vielzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten, die an einer zweiten scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind. Die erste Mehrzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten ist neben der ersten Mehrzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen in einer axialen Ausrichtung angeordnet und durch einen ersten Luftspalt getrennt. Die zweite Vielzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten ist neben der zweiten Vielzahl von radial ausgerichteten, elektrisch leitenden Wicklungen in einer axialen Ausrichtung angeordnet und durch einen zweiten Luftspalt getrennt.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehre sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger der besten Modi und anderer Ausführungsformen zur Durchführung der vorliegenden Lehre, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

1 zeigt schematisch ein Antriebssystem für einen elektrifizierten Antriebsstrang, das eine Ausführungsform einer rotierenden Axialfluss-Elektromaschine umfasst, die mit einem Drehmomentwandler gekoppelt ist, wie in der Offenbarung beschrieben.
2 zeigt schematisch Elemente der Ausführungsform der rotierenden elektrischen Maschine mit axialem Durchfluss, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
3 zeigt schematisch ein Antriebssystem für einen elektrifizierten Antriebsstrang, das eine weitere Ausführungsform einer rotierenden Axialfluss-Elektromaschine umfasst, die mit einem Drehmomentwandler gekoppelt ist, wie in der Offenbarung beschrieben.
4 zeigt schematisch Elemente der Ausführungsform der rotierenden elektrischen Maschine mit axialem Durchfluss, die unter Bezugnahme auf 3 beschrieben ist, in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
5 zeigt schematisch ein Antriebssystem für einen elektrifizierten Antriebsstrang mit einer weiteren Ausführungsform einer rotierenden Axialfluss-Elektromaschine, die mit einem Drehmomentwandler gekoppelt ist, in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
6 zeigt schematisch Elemente der Ausführungsform der rotierenden elektrischen Maschine mit axialem Durchfluss, die unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist, in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
7 zeigt schematisch ein Antriebssystem für einen elektrifizierten Antriebsstrang mit einer weiteren Ausführungsform einer rotierenden Axialfluss-Elektromaschine, die mit einem Drehmomentwandler gekoppelt ist, in Übereinstimmung mit der Offenbarung.
8 zeigt schematisch ein Antriebssystem für einen elektrifizierten Antriebsstrang, das eine weitere Ausführungsform einer rotierenden Axialfluss-Elektromaschine umfasst, die mit einem Drehmomentwandler gekoppelt ist, wie in der Offenbarung beschrieben.

Die beigefügten Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und können eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener Merkmale der vorliegenden Offenbarung darstellen, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. bestimmter Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen. Details, die mit solchen Merkmalen verbunden sind, werden zum Teil durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Figuren, wobei die Darstellungen der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht der Einschränkung derselben dienen, zeigen die 1 und 2 schematisch Elemente einer Ausführungsform eines Antriebssystems 100, das eine rotierende elektrische Maschine 10 mit axialem Durchfluss umfasst, die über einen neuartigen Drehmomentwandler 50 mit einem Antriebsstrang 60 gekoppelt ist und von einem Steuergerät 70 gesteuert wird. Gleiche Ziffern beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente. Die Beschreibung erfolgt im Zusammenhang mit einer axialen Ausrichtung mit axialer Bezugslinie 15 und radialer Bezugslinie 16. Eine elektrische Axialfluss-Rotationsmaschine ist eine Form der Elektromotorkonstruktion, bei der der Spalt zwischen dem Rotor und dem elektrischen Stator und damit die Richtung des magnetischen Flusses zwischen den beiden parallel zur Drehachse ausgerichtet ist. In einer Ausführungsform und wie hierin beschrieben, ist die rotierende elektrische Maschine 10 mit axialem Fluss als bürstenloser Permanentmagnet-Gleichstrommotor (DC) konfiguriert. In einer Ausführungsform kann das Antriebssystem einen Verbrennungsmotor umfassen, der mit der axial drehenden elektrischen Maschine 10 gekoppelt ist und über den Drehmomentwandler 50 mit dem Antriebsstrang 60 verbunden ist.
In einer Ausführungsform ist das Antriebssystem 100 auf einem Fahrzeug angeordnet, und der Antriebsstrang 60 endet an einem oder mehreren Fahrzeugrädern, um eine Zugkraft zu erzeugen. Das Fahrzeug kann eine mobile Plattform in Form eines Nutzfahrzeugs, eines Industriefahrzeugs, eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, eines Personenkraftwagens, eines Flugzeugs, eines Wasserfahrzeugs, eines Zugs, eines Geländewagens, eines Personenbeförderungsgeräts, eines Roboters und dergleichen umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt, um die Zwecke dieser Offenbarung zu erfüllen.
In einer Ausführungsform umfasst der Antriebsstrang 60 ein starres oder stufenloses Getriebe, das über eine Antriebswelle, eine Transaxle oder ein Differential mit den Fahrzeugrädern verbunden ist. In einer Ausführungsform ist das Antriebssystem 100 stationär angeordnet, und der Antriebsstrang 60 endet an einem Aktuator, beispielsweise einer Fluidikpumpe.
Die elektrische Axialfluss-Rotationsmaschine 10 ist ein mehrphasiger Hochspannungs-Elektromotor/Generator, der so konfiguriert ist, dass er gespeicherte elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt und mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, die in einer Hochspannungs-Energiespeichereinrichtung (Batterie) 90 gespeichert werden kann. Bei der Batterie 90 kann es sich um einen Hochspannungs-Energiespeicher handeln, z. B. um ein mehrzelliges Lithium-Ionen-Gerät, einen Ultrakondensator oder ein anderes Gerät ohne Einschränkung. Zu den überwachten Parametern in Bezug auf die Batterie 90 können der Ladezustand (SOC), die Temperatur und andere gehören. In einer Ausführungsform kann die Batterie 90 über ein fahrzeugeigenes Batterieladegerät (nicht abgebildet) elektrisch mit einer entfernten, außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Stromquelle verbunden werden, um sie aufzuladen, während das Fahrzeug stillsteht. Die Batterie 90 ist über einen Hochspannungs-Gleichstrom-Bus elektrisch mit einem Wechselrichtermodul 80 verbunden, um als Reaktion auf Steuersignale aus dem Steuergerät 70 elektrische Hochspannungs-Gleichstromleistung über Dreiphasenleiter an die rotierende elektrische Maschine 10 mit axialem Durchfluss zu übertragen.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, umfasst diese Ausführung der elektrischen Axialflussmaschine 10 einen einzelnen Rotor 20 und einen einzelnen elektrischen Stator 30. Der elektrische Stator 30 ist über das Wechselrichtermodul 80 und einen Hochspannungsbus elektrisch mit der Batterie 90 verbunden. Das Wechselrichtermodul 80 ist mit Steuerschaltungen ausgestattet, die Leistungstransistoren, z. B. IGBTs, zur Umwandlung von Hochspannungs-Gleichstrom in Hochspannungs-Wechselstrom und zur Umwandlung von Hochspannungs-Wechselstrom in Hochspannungs-Gleichstrom enthalten. Das Wechselrichtermodul 80 kann eine pulsbreitenmodulierte (PWM) Steuerung der IGBTs verwenden, um gespeicherte Gleichstromenergie aus der Batterie 90 in Wechselstromenergie umzuwandeln, um die rotierende elektrische Maschine 10 mit axialem Durchfluss zur Erzeugung eines Drehmoments anzutreiben. In ähnlicher Weise wandelt das Wechselrichtermodul 80 die mechanische Leistung, die an die rotierende elektrische Maschine 10 mit axialem Durchfluss übertragen wird, in elektrische Gleichstromleistung um, um elektrische Energie zu erzeugen, die in der Batterie 90 speicherbar ist, auch als Teil einer Steuerstrategie für regeneratives Bremsen. Das Wechselrichtermodul 80 empfängt Motorsteuerungsbefehle und steuert Wechselrichterzustände, um den Motorantrieb und die regenerative Bremsfunktionalität bereitzustellen. In einer Ausführungsform ist ein DC/DC-Stromrichter elektrisch mit dem Hochspannungsbus verbunden, um eine Niederspannungsbatterie über einen Niederspannungsbus mit Strom zu versorgen. Die Niederspannungsbatterie ist elektrisch mit einem Hilfsenergiesystem verbunden, um Niederspannungsstrom an Niederspannungssysteme im Fahrzeug zu liefern, z. B. an elektrische Fensterheber, HLK-Gebläse, Sitze und andere Geräte. Das Steuergerät 70 ist funktionsmäßig mit dem Wechselrichtermodul 80 verbunden, um die Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Batterie 90 und der Vielzahl der radial ausgerichteten, elektrisch leitenden Wicklungen 32 des Stators 30 zu steuern. Das Steuergerät 70 steuert das Wechselrichtermodul 80, um die radial ausgerichteten, elektrisch leitenden Wicklungen 32 nacheinander elektrisch zu aktivieren, um eine rotierende Magnetkraft auf eine Vielzahl von Permanentmagneten 24 auszuüben, die am Rotor 20 befestigt sind, um eine Drehung des Rotors 20 zu bewirken, oder um auf ein Drehmoment zu reagieren, um die Drehung des Rotors 20 zu verzögern.
Der Rotor 20 umfasst eine scheibenförmige Rückplatte 22, die konzentrisch zu einem drehbaren Wellenelement (Welle) 12 angeordnet und daran befestigt ist. Die Rückplatte 22 umfasst eine Vielzahl von radial ausgerichteten Permanentmagneten 24, die in der Nähe eines Außenumfangs der Rückplatte 22 angeordnet sind. Die Dauermagnete 24 können eine wechselnde Polarität aufweisen. Benachbarte Paare der Dauermagnete 24 bilden zwischen sich einen Kanal, der sich radial entlang einer Fläche des Rotors 20 erstrecken kann. Auf diese Weise können die Dauermagnete 24 und der Kanal zusammen eine Vielzahl von Magnetpolen bilden. Wie der Fachmann weiß, können Anzahl, Form, Anordnung und Ausrichtung der Dauermagnete 24 von den gezeigten abweichen. Der Rotor 20 ist auf der Welle 12 gelagert und mit Lagern abgestützt, die in dem stationären Rahmenelement 35 untergebracht sind. Die Mitte der Welle 12 ist auf der axialen Bezugslinie 15 angeordnet und definiert diese. Der Rotor 20 dreht sich während des Betriebs mit der Welle 12. Der elektrische Stator 30 ist eine scheibenförmige Vorrichtung, die konzentrisch zur Welle 12 ist. Der elektrische Stator 30 ist an dem stationären Rahmenelement 35 befestigt. Der elektrische Stator 30 umfasst eine Vielzahl elektromagnetischer Komponenten in Form von radial ausgerichteten, elektrisch leitenden Wicklungen 32, die voneinander getrennt sind, um elektromagnetische Pole zu bilden.
Die radial ausgerichteten elektrisch leitfähigen Wicklungen 32 und die radial ausgerichteten Permanentmagnete 24 sind in axialer Richtung neben den radial ausgerichteten elektrisch leitfähigen Wicklungen 32 angeordnet und durch einen Luftspalt 17 getrennt. Die radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen 32 sind in einer mehrphasigen Anordnung elektrisch mit dem Wechselrichtermodul 80 verbunden, um eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die auf die radial ausgerichteten Permanentmagnete 24 ausgeübt wird, um die Drehung des Rotors 20 zu forcieren, wenn dieser in einem Motormodus betrieben wird, um in einem Zugbetrieb ein Drehmoment zu erzeugen, und um der Drehung des Rotors 20 zu widerstehen, wenn dieser in einem Blindmodus betrieben wird, um in einem Regenerationsbetrieb elektrische Energie zu erzeugen. Die radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen 32 können in einer Ausführungsform in einer dreiphasigen Konfiguration elektrisch verbunden sein, obwohl die hier beschriebenen Konzepte nicht auf dreiphasig beschränkt sind. Andere Phasenanordnungen, z. B. zweiphasig, vierphasig usw., können verwendet werden.
Der Drehmomentwandler 50 kann eine fluidische Drehmomentkupplungsvorrichtung sein, die koaxial zwischen der axial drehenden elektrischen Maschine 10 und dem Antriebsstrang 60 angeordnet ist. Der Drehmomentwandler 50 umfasst eine Pumpe 56, die drehbar mit der Welle 12 verbunden ist, einen Fluidikstator 57 und eine Turbine 58, die drehbar mit dem Ausgangselement 59 verbunden ist, das drehbar mit dem Antriebsstrang 60 verbunden ist. Der Drehmomentwandler 50 umfasst auch eine steuerbare Drehmomentwandlerkupplung 52 und eine wählbare Einwegkupplung (SOWC) 55. Die Drehmomentwandlerkupplung 52 kann als Klauenkupplung, als vorgespannte Reibungskupplung oder als elektromagnetische Kupplung ausgeführt sein. Die Drehmomentwandlerkupplung 52 ist als normal geschlossene Kupplung angeordnet, die unter bestimmten Betriebsbedingungen, z. B. während eines Startmanövers, in einen offenen Zustand gesteuert wird.
Der Drehmomentwandler 50 sorgt für eine fluidische Drehmomentkupplung zwischen der Pumpe 56 und der Turbine 58, wenn die Kupplung 52 deaktiviert oder gelöst ist, und für eine mechanische Drehmomentkupplung zwischen der Pumpe 56 und der Turbine 58, wenn die Kupplung 52 aktiviert ist. Wenn die Kupplung 52 deaktiviert oder gelöst ist, kann es aufgrund der Fluiddrehmomentkupplung zu einem Drehzahlunterschied zwischen der Pumpe 56 und der Turbine 58 kommen, der als Schlupf der Drehmomentwandlerkupplung bezeichnet wird. Der Schlupf der Drehmomentwandlerkupplung kann mit Hilfe von Drehzahlsensoren gemessen werden. Der SOWC 55 ist so angeordnet, dass er den Fluidikstator 57 selektiv mit dem stationären Rahmenteil 35 koppelt und so den Betrieb im Rückwärtsgang ermöglicht, wenn er aktiviert ist.
Die Welle 12 ist mit der Pumpe 56 des Drehmomentwandlers 50 verbunden, um das Drehmoment auf das Abtriebselement 59 zu übertragen, das in einer Ausführungsform mit einem Teil des Antriebsstrangs 60 verbunden ist.
Der Antriebsstrang 60 umfasst z. B. ein Getriebe. Das Getriebe kann in einer Ausführungsform in einer Stufengetriebekonfiguration angeordnet sein und einen oder mehrere Differentialgetriebesätze und aktivierbare Kupplungen umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie eine Drehmomentübertragung in einem von mehreren festen Gangzuständen über einen Bereich von Drehzahlverhältnissen zwischen dem Ausgangselement 59 des Drehmomentwandlers 50 und einer Antriebsstrangkomponente bewirken. Das Getriebe kann eine von verschiedenen Konfigurationen sein und kann ein automatisches Getriebe sein, das automatisch zwischen den festen Gangzuständen schaltet.
Der Antriebsstrang 60 kann in einer Ausführungsform ein Getriebe umfassen, das mechanisch mit einer oder mehreren Achsen verbunden ist, die wiederum mechanisch mit einem oder mehreren Rädern verbunden sind. Der Antriebsstrang überträgt die Zugkraft auf eine Fahrbahn. Das Getriebe des Antriebsstrangs 60 kann aus einer vorderen Transaxle und Halbwellen (nicht dargestellt) bestehen, die das Abtriebselement 59 drehbar mit einem oder mehreren Rädern verbinden. Alternativ kann der Getriebesatz die Form eines hinteren Differentials und von Achsen haben, die das Abtriebselement 59 drehbar mit einem oder mehreren der Räder verbinden. Alternativ kann der Getriebesatz aus einem vorderen Transaxle bestehen, das in Verbindung mit einer hinteren Antriebswelle angeordnet ist, die mit einem Differential gekoppelt ist, das das Ausgangselement 59 drehbar mit einem oder mehreren Rädern verbindet. Alternativ oder zusätzlich kann ein Zapfwellengetriebe (nicht dargestellt) drehbar mit dem Abtriebselement 59 verbunden sein. Das Antriebssystem 100 ist beispielhaft, und die hier beschriebenen Konzepte gelten auch für andere Antriebssysteme, die ähnlich konfiguriert sind.
In einer Ausführungsform ist ein Fluidiksystem 85 so angeordnet, dass es den Drehmomentwandler 50 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt und außerdem mit Wärmetauscherelementen, die an der axial drehenden elektrischen Maschine 10 und am Wechselrichtermodul 80 angeordnet sind, in Fluidverbindung steht. Das Fluidiksystem 85 umfasst, als nicht einschränkende Beispiele, eine Fluidikpumpe, einen Sumpf, ein Kühlelement und zugehörige Leitungskreiselemente und ist so konfiguriert, dass es den Drehmomentwandler 50 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt und auch Wärme von der elektrischen Maschine 10 und dem Wechselrichtermodul 80 abführt.
In den 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform des Antriebssystems 200 dargestellt. In dieser Ausführungsform umfasst die elektrische Axialfluss-Rotationsmaschine 210 einen einzelnen elektrischen Stator 30, der koaxial mit einem ersten Rotor 220 und einem zweiten Rotor 221 angeordnet und zwischen diesen eingefügt ist. Der erste und der zweite Rotor 220, 221 sind über die Welle 12 miteinander gekoppelt und von dem einzelnen elektrischen Stator 30 durch einen ersten bzw. zweiten Luftspalt 17 bzw. 18 getrennt. Die radial ausgerichteten, elektrisch leitenden Wicklungen 32 des elektrischen Stators 30 sind über das Wechselrichtermodul 80 und den Hochspannungsbus elektrisch mit der Batterie 90 verbunden. Der Betrieb wird durch den Controller 70 gesteuert. Die Welle 12 ist mit der Pumpe 56 des Drehmomentwandlers 50 verbunden, um das Drehmoment auf das Abtriebselement 59 zu übertragen, das in einer Ausführungsform mit dem Antriebsstrang 60 verbunden ist.
Der erste Rotor 220 umfasst eine erste Grundplatte 222, an der ein erster Satz oder eine Vielzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten 224 befestigt ist. Der zweite Rotor 221 umfasst eine zweite Trägerplatte 223, an der ein zweiter Satz oder eine Vielzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten 225 befestigt ist.
In den 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform des Antriebssystems 300 dargestellt. In dieser Ausführungsform umfasst die elektrische Axialfluss-Rotationsmaschine 310 einen ersten elektrischen Stator 330 und einen zweiten elektrischen Stator 331, die koaxial zu einem Rotor 320 angeordnet sind, der dazwischen liegt. Der Rotor 320 ist mit der Welle 12 gekoppelt. Der erste und zweite elektrische Stator 330, 331 sind durch einen ersten bzw. zweiten Luftspalt 317 bzw. 318 vom Rotor 320 getrennt. Die Welle 12 ist mit der Pumpe 56 des Drehmomentwandlers 50 gekoppelt, um das Drehmoment auf das Abtriebselement 59 zu übertragen, das in einer Ausführungsform mit einer Ausführungsform des Antriebsstrangs 60 gekoppelt ist.
Der Rotor 320 umfasst eine scheibenförmige Trägerplatte 322 mit einem ersten Satz oder einer Vielzahl von radial ausgerichteten Permanentmagneten 24, die an einer ersten Seite 321 befestigt sind, und einem zweiten Satz oder einer Vielzahl von radial ausgerichteten Permanentmagneten 24, die an einer zweiten, gegenüberliegenden Seite 323 der Trägerplatte 322 befestigt sind.
Der erste elektrische Stator 330 hat eine erste Vielzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen 332, und der zweite elektrische Stator 331 hat eine zweite Vielzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen 333.
Die ersten radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen 332 des ersten elektrischen Stators 330 sind über das erste Wechselrichtermodul 380 und den Hochspannungsbus elektrisch mit der Batterie 90 verbunden. Die zweiten radial ausgerichteten, elektrisch leitenden Wicklungen 333 des zweiten elektrischen Stators 331 sind über das zweite Wechselrichtermodul 382 und den Hochspannungsbus mit der Batterie 90 elektrisch verbunden. Der Betrieb wird durch das Steuergerät 70 gesteuert.
In einer Ausführungsform sind die ersten radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen 332 des ersten elektrischen Stators 330 mit den zweiten radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen 333 des zweiten elektrischen Stators 331 rotationsmäßig ausgerichtet. Dies erleichtert die Maximierung der elektromagnetischen Kraft, die von den ersten und zweiten elektrischen Statoren 330, 331 auf den Rotor 320 ausgeübt wird. In einer Ausführungsform sind die ersten radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen 332 des ersten elektrischen Stators 330 gegenüber den zweiten radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen 333 des zweiten elektrischen Stators 331 um 180 elektrische Drehungsgrade versetzt. Dies erleichtert die Minimierung der Welligkeit, die durch die elektromagnetische Kraft verursacht wird, die von den ersten und zweiten elektrischen Statoren 330, 331 auf den Rotor 320 ausgeübt wird.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Antriebssystems 400. In dieser Ausführungsform sind eine erste elektrische Axialfluss-Rotationsmaschine 410 und eine zweite elektrische Axialfluss-Rotationsmaschine 450 koaxial zum Drehmomentwandler 50 angeordnet. Die erste Axialfluss-Rotationsmaschine 410 und die zweite Axialfluss-Rotationsmaschine 450 sind analog zur Konfiguration der ersten Axialfluss-Rotationsmaschine 10 konfiguriert, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Die Welle 12 ist mit der Pumpe 56 des Drehmomentwandlers 50 gekoppelt, um das Drehmoment auf das Abtriebselement 59 zu übertragen, das in einer Ausführungsform mit einer Ausführungsform des Antriebsstrangs 60 gekoppelt ist.
Die erste elektrische Axialfluss-Rotationsmaschine 410 umfasst einen ersten elektrischen Stator 430, der koaxial zu einem ersten Rotor 420 angeordnet ist. Der erste Rotor 420 ist mit der Welle 412 gekoppelt. Der erste elektrische Stator 430 ist von dem ersten Rotor 420 durch einen ersten Luftspalt 417 getrennt. Die zweite elektrische Axialfluss-Rotationsmaschine 450 umfasst einen zweiten elektrischen Stator 465, der koaxial mit einem zweiten Rotor 460 angeordnet ist. Der zweite Rotor 460 ist ebenfalls mit der Welle 412 gekoppelt. Der zweite elektrische Stator 465 ist durch einen zweiten Luftspalt 418 vom zweiten Rotor 460 getrennt. Der erste elektrische Stator 430 ist über ein erstes Wechselrichtermodul 480 und einen Hochspannungsbus elektrisch mit der Batterie 90 verbunden. Der zweite elektrische Stator 465 ist über ein zweites Wechselrichtermodul 482 und einen Hochspannungsbus mit der Batterie 90 elektrisch verbunden. Der Betrieb wird durch das Steuergerät 70 gesteuert.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Antriebssystems 800. In dieser Ausführungsform sind eine erste Axialfluss-Rotationsmaschine 810 und eine zweite Axialfluss-Rotationsmaschine 863 koaxial zu einem ersten Drehmomentwandler 850 und einem zweiten Drehmomentwandler 840 angeordnet und koaxial zu diesen. Die erste Axialfluss-Rotationsmaschine 810 und die zweite Axialfluss-Rotationsmaschine 863 sind in einer Weise konfiguriert, die analog zur Konfiguration der ersten Axialfluss-Rotationsmaschine 10 ist, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist.
Die erste elektrische Axialfluss-Rotationsmaschine 810 umfasst einen ersten elektrischen Stator 830, der koaxial zu einem ersten Rotor 820 angeordnet ist, der mit einer ersten Welle 812 gekoppelt ist. Der erste elektrische Stator 830 ist von dem Rotor 820 durch einen ersten Luftspalt 816 getrennt. Die erste Welle 812 ist mit einer ersten Pumpe 848 des ersten Drehmomentwandlers 840 gekoppelt, um ein Drehmoment auf ein erstes Abtriebselement 849 zu übertragen, das mit einer Ausführungsform des Antriebsstrangs 870 gekoppelt ist, der in einer Ausführungsform eine mit einem Rad gekoppelte Halbwelle sein kann. Der erste Drehmomentwandler 840 ist analog zum Drehmomentwandler 50 und umfasst eine Pumpe 846, einen Fluidikstator 847 und eine Turbine 848, die drehbar mit einem ersten Ausgangselement 849 gekoppelt ist, das drehbar mit einem ersten Antriebsstrang 870 verbunden ist. Der erste Drehmomentwandler 840 umfasst auch eine steuerbare Drehmomentwandlerkupplung 842 und eine wählbare Einwegkupplung (SOWC) 845.
Die zweite elektrische Axialfluss-Rotationsmaschine 863 umfasst einen zweiten Stator 865, der koaxial zu einem zweiten Rotor 860 angeordnet ist. Der zweite Rotor 860 ist mit einer zweiten Welle 813 gekoppelt. Der zweite elektrische Stator 865 ist durch einen zweiten Luftspalt 817 vom zweiten Rotor 860 getrennt. Der zweite elektrische Stator 865 ist über ein zweites Wechselrichtermodul 882 und einen Hochspannungsbus elektrisch mit der Batterie 90 verbunden. Der zweite elektrische Stator 865 ist über ein zweites Wechselrichtermodul 882 und einen Hochspannungsbus mit der Batterie 90 elektrisch verbunden. Der Betrieb wird durch das Steuergerät 70 gesteuert.
Die zweite Welle 813 ist mit einer zweiten Pumpe 856 des zweiten Drehmomentwandlers 850 gekoppelt, um das Drehmoment auf ein zweites Ausgangselement 859 zu übertragen, das mit einer Ausführungsform des Antriebsstrangs 871 gekoppelt ist, der in einer Ausführungsform eine mit einem Rad gekoppelte Halbwelle sein kann. Der zweite Drehmomentwandler 850 ist analog zum Drehmomentwandler 50 und umfasst die zweite Pumpe 856, den zweiten Fluidikstator 857 und die zweite Turbine 858, die drehbar mit dem zweiten Abtriebselement 859 verbunden ist, das drehbar mit dem zweiten Antriebsstrang 871 verbunden ist. Der zweite Drehmomentwandler 850 umfasst auch eine steuerbare Drehmomentwandlerkupplung 852 und eine wählbare Einwegkupplung (SOWC) 855.
Die Begriffe Steuergerät, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder verschiedene Kombinationen von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronischen Schaltungen, Zentraleinheiten, z. B. Mikroprozessoren und zugehörigen nichttransitorischen Speicherkomponenten in Form von Arbeitsspeichern und Speichergeräten (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Direktzugriff, Festplattenlaufwerk usw.). Die nicht transitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programmen oder - Routinen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingangs-/Ausgangsschaltungen und - vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die ein oder mehrere Prozessoren zugreifen können, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -vorrichtungen gehören Analog-Digital-Wandler und verwandte Vorrichtungen, die Eingänge von Sensoren überwachen, wobei solche Eingänge mit einer voreingestellten Abtastfrequenz oder als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis überwacht werden. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen von Steuergeräten ausführbare Befehlssätze einschließlich Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Jedes Steuergerät führt Steuerroutine(n) aus, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen, einschließlich der Überwachung von Eingängen von Messgeräten und anderen vernetzten Steuergeräten und der Ausführung von Steuer- und Diagnoseroutinen zur Steuerung des Betriebs von Stellgliedern. Die Routinen können in regelmäßigen Abständen ausgeführt werden, zum Beispiel alle 100 Mikrosekunden oder 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während des laufenden Betriebs. Alternativ können Routinen als Reaktion auf das Auftreten eines auslösenden Ereignisses ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuergeräten und die Kommunikation zwischen Steuergeräten, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine direkte drahtgebundene Verbindung, eine vernetzte Kommunikationsbusverbindung, eine drahtlose Verbindung, einen seriellen peripheren Schnittstellenbus oder eine andere Kommunikationsverbindung erfolgen. Die Kommunikation umfasst den Austausch von Datensignalen in verschiedenen Formen, z. B. elektrische Signale über ein leitendes Medium, elektromagnetische Signale über Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Zu den Datensignalen können Signale gehören, die Eingaben von Sensoren darstellen, Signale, die Stellgliedbefehle darstellen, und Kommunikationssignale zwischen Steuergeräten. Die hier verwendeten Begriffe „dynamisch“ und „dynamisch“ beschreiben Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und dadurch gekennzeichnet sind, dass die Zustände von Parametern überwacht oder auf andere Weise bestimmt werden und die Zustände der Parameter während der Ausführung einer Routine oder zwischen Iterationen der Ausführung der Routine regelmäßig oder periodisch aktualisiert werden.
Der hier verwendete Begriff „System“ kann sich auf einen oder eine Kombination von mechanischen und elektrischen Aktoren, Sensoren, Steuerungen, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), kombinatorischen Logikschaltungen, Software, Firmware und/oder anderen Komponenten beziehen, die so angeordnet sind, dass sie die beschriebene Funktionalität bieten.
Die hier beschriebenen Konzepte beziehen sich auf den Betrieb einer Ausführungsform des hier beschriebenen Antriebssystems, bei dem die elektrische Axialfluss-Rotationsmaschine 10 eingesetzt wird, um die mit NVH verbundenen Parameter zu reduzieren und das Packaging zu verbessern.
Das bedeutet, dass der Flussweg im Vergleich zu Radialflussmaschinen viel kürzer ist, so dass der Motor bei gleicher Leistung kleiner ist und eine höhere Leistungsdichte und einen höheren Wirkungsgrad aufweist. Da der Flussweg in Axialflussmaschinen eindimensional ist, kann kornorientiertes Elektroband verwendet werden. Der Stahl erleichtert den Durchgang des Flusses, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt. Da Axialflussmotoren eine kurze axiale Länge haben, lassen sich außerdem Verpackungsvorteile erzielen.
Die Elemente der elektrischen Maschine können auf einer flachen Struktur, wie z. B. einer Leiterplatte, aufgebaut werden, wobei Spulen und ein Lager hinzugefügt werden.
Das Wickeln der Spulen kann wesentlich einfacher sein, ebenso wie das Verbinden von Spule und Kern. Da die Spulen flach sind, können leichter rechteckige Kupferbänder verwendet werden, was die Wicklung hoher Ströme vereinfacht. Möglicherweise kann das Gewicht des Rotors erheblich reduziert werden. Der Rotor-Stator-Spalt kann kleiner sein als bei einer elektrischen Maschine mit radialem Fluss, da er nicht von den Fliehkräften beeinflusst wird und nach der Konstruktion angepasst werden kann. Im Vergleich zu einer Radialfluss-Elektromaschine kann eine kürzere magnetische Weglänge realisiert werden. Viele der Bauteile sind flach und können ohne spezielle Guss- oder Stanzwerkzeuge hergestellt werden, was die Kosten reduziert. Der magnetische Pfad durch die Wicklungen ist im Allgemeinen geradlinig, was die Verwendung von kornorientiertem Elektrostahl ermöglicht, der im Vergleich zu Edelstählen unter anderem eine höhere Permeabilität und geringere Kernverluste aufweist. Die Anordnung der axial durchströmten rotierenden elektrischen Maschine in unmittelbarer Nähe des Drehmomentwandlers erleichtert und ermöglicht die Verwendung von Getriebeflüssigkeit als Kühlmedium für die axial durchströmte rotierende elektrische Maschine.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die vorliegende Lehre, aber der Umfang der vorliegenden Lehre wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen für die Durchführung der vorliegenden Lehre im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen für die Durchführung der vorliegenden Lehre in den beigefügten Ansprüchen definiert.

Claims

Ein Antriebssystem, umfassend: eine axial durchströmte rotierende elektrische Maschine mit einem ersten Rotor, der koaxial zu einem ersten elektrischen Stator angeordnet ist; einen Drehmomentwandler, der einen Fluidikstator, eine Pumpe, eine Turbine und eine Drehmomentwandlerkupplung umfasst; eine wählbare Einwegkupplung, die mit dem Fluidikstator gekoppelt ist; wobei die axial durchströmte rotierende elektrische Maschine koaxial zum Drehmomentwandler angeordnet ist; wobei der erste Rotor der axial durchströmten rotierenden elektrischen Maschine mit der Pumpe des Drehmomentwandlers gekoppelt ist; wobei die Turbine des Drehmomentwandlers drehbar mit einem Abtriebselement gekoppelt ist.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei das mit der Turbine des Drehmomentwandlers gekoppelte Abtriebselement drehbar mit einem Antriebsstrang verbunden ist.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Drehmomentwandlerkupplung eine normalerweise geschlossene Kupplung umfasst und wobei die Drehmomentwandlerkupplung während eines Startmanövers in einen offenen Zustand gesteuert wird.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die axial durchströmte rotierende elektrische Maschine eine mehrphasige bürstenlose permanentmagnetische rotierende elektrische Maschine umfasst.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Rotor eine Vielzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten aufweist, die an einer scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei der erste elektrische Stator eine scheibenförmige Vorrichtung mit einer Vielzahl von radial ausgerichteten Pfosten umfasst, wobei jeder der Pfosten eine elektrisch leitende Wicklung aufweist.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Rotor mehrere radial ausgerichtete Dauermagnete aufweist, die an einer scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind; wobei der erste elektrische Stator eine scheibenförmige Vorrichtung mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden Wicklungen umfasst; und wobei die mehreren radial ausgerichteten Dauermagnete neben den mehreren radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen in einer axialen Ausrichtung angeordnet und durch einen Luftspalt getrennt sind.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Drehmomentwandlerkupplung entweder eine Klauenkupplung, eine vorgespannte Reibungskupplung oder eine elektromagnetische Kupplung umfasst.
Das Antriebssystem nach Anspruch 1, das ferner einen zweiten Rotor umfasst, der koaxial mit dem ersten Rotor und dem ersten elektrischen Stator angeordnet ist; wobei der erste elektrische Stator zwischen dem ersten und dem zweiten Rotor angeordnet ist; und wobei der erste Rotor mit dem zweiten Rotor über eine Welle gekoppelt ist.
Das Antriebssystem nach Anspruch 9, wobei der erste Rotor eine erste Mehrzahl von radial ausgerichteten Permanentmagneten aufweist, die an einer ersten scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind; wobei der zweite Rotor eine zweite Vielzahl von radial ausgerichteten Permanentmagneten umfasst, die an einer zweiten scheibenförmigen Rückplatte befestigt sind; wobei der erste elektrische Stator eine scheibenförmige Vorrichtung mit einer Vielzahl von elektrisch leitenden Wicklungen umfasst; wobei die erste Mehrzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten neben einer ersten Seite der Mehrzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen in einer axialen Ausrichtung angeordnet und durch einen ersten Luftspalt getrennt sind; und wobei die zweite Mehrzahl von radial ausgerichteten Dauermagneten neben einer zweiten Seite einer Mehrzahl von radial ausgerichteten elektrisch leitenden Wicklungen in der axialen Ausrichtung angeordnet und durch einen zweiten Luftspalt getrennt sind.