DE10236024B4 - Rotating electrical device - Google Patents

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Abstract

Rotierende elektrische Maschine, welche geeignet ist für einen Elektromotor-Betrieb zum Starten eines Motors und einen Generator-Betrieb zur Versorgung eines Fahrzeugs mit elektrischer Leistung, wobei die rotierende elektrische Vorrichtung aufweist: eine Riemenscheibe (1), welche an einem Endabschnitt vorgesehen ist, um zur Übertragung einer Bewegungskraft zu und von dem Motor geeignet zu sein; eine Rotorwelle (2), an welcher die Riemenscheibe (1) befestigt ist; einen Rotor (3, 4), welcher an der Rotorwelle (2) gesichert ist; ein Sonnenrad (14), welches an einem Endabschnitt der Rotorwelle (2) fixiert ist; ein Planetenrad (15), welches mit dem Sonnenrad (14) kämmt; ein elektromagnetisches Kupplungsfolgeelement (23); eine elektromagnetische Kupplung (20) mit einem elektromagnetischen Kupplungsantriebselement, welches eine Innenverzahnung (19) aufweist, die mit dem Planetenrad (15) kämmt, und mit dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement (23) kontaktierbar oder von dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement (23) entfernbar ist, welches ihm gegenüberliegt; eine Einwegkupplung (32) zur Übertragung einer Drehkraft von der Riemenscheibe (1) auf die Rotorwelle (2), wobei die Einwegkupplung (32) an der Rotorwelle (2) befestigt ist; und einen Steuerabschnitt zum Steuern des Motorbetriebs dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung im Motorbetrieb derart erfolgt, dass sich der Rotor (3, 4) dreht, und im Anschluss die elektromagnetische Kupplung (20) mit Energie versorgt wird, um das elektromagnetische Kupplungsantriebselement mit dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement (23) zu verbinden, wodurch die Innenverzahnung (19), welche mit dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement (23) integriert ist, mit dem Planetenrad (15) kämmt, so dass die Drehkraft des Rotors (3, 4) über die Rotorwelle (2), das Sonnenrad (14), das Planetenrad (15) und die Riemenscheibe (1) auf den Motor übertragen wird.A rotary electric machine suitable for an electric motor operation for starting an engine and a generator operation for supplying a vehicle with electric power, the rotary electric apparatus comprising: a pulley (1) provided at one end portion to to be capable of transmitting a motive force to and from the engine; a rotor shaft (2) to which the pulley (1) is attached; a rotor (3, 4) which is secured to the rotor shaft (2); a sun gear (14) fixed to one end portion of the rotor shaft (2); a planet gear (15) which meshes with the sun gear (14); an electromagnetic clutch follower (23); an electromagnetic clutch (20) with an electromagnetic clutch drive element which has internal toothing (19) which meshes with the planet gear (15) and which can be contacted with the electromagnetic clutch follower element (23) or removed from the electromagnetic clutch follower element (23) which it opposite; a one-way clutch (32) for transmitting a rotational force from the pulley (1) to the rotor shaft (2), the one-way clutch (32) being fixed to the rotor shaft (2); and a control section for controlling the motor operation, characterized in that the control in the motor operation takes place in such a way that the rotor (3, 4) rotates, and then the electromagnetic clutch (20) is supplied with energy in order to connect the electromagnetic clutch drive element with the electromagnetic Coupling follower element (23) to connect, whereby the internal toothing (19), which is integrated with the electromagnetic coupling follower element (23), meshes with the planet gear (15) so that the rotational force of the rotor (3, 4) via the rotor shaft (2) , the sun gear (14), the planet gear (15) and the pulley (1) is transmitted to the motor.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, welche einen Elektromotor-Betrieb und einen Generator-Betrieb durchführen kann.The present invention relates to a rotary electric machine which can perform an electric motor operation and a generator operation.

2. Stand der Technik2. State of the art

4 ist eine Querschnittsansicht einer rotierenden elektrischen Maschine des Standes der Technik. In 4 bezeichnen das Bezugszeichen 51 eine Riemenscheibe, welche zur Übertragung der Leistung zu und von einem Motor an einem Endabschnitt installiert ist das Bezugszeichen 52 eine Rotorwelle, an welcher über eine Einwegkupplung die Riemenscheibe 51 befestigt ist das Bezugszeichen 53 einen Rotorkern, der an der Rotorwelle 52 fixiert ist, und das Bezugszeichen 54 eine Feldwicklung, welche den Rotorkern 53 gewickelt ist, wobei aus der Rotorwelle 52, dem Rotorkern 53 und der Feldwicklung 54 ein Rotor gebildet ist. Das Bezugszeichen 55 bezeichnet einen Statorkern, welcher gegenüber dem Rotor angeordnet ist, und das Bezugszeichen 56 eine Mehrphasenstatorwicklung, welche um den Statorkern 55 gewickelt ist, wobei aus dem Statorkern 55 und der Statorwicklung 56 ein Stator gebildet ist. 4 FIG. 10 is a cross-sectional view of a prior art rotary electric machine. FIG. In 4 denote the reference numeral 51 a pulley, which is installed to transmit the power to and from a motor at an end portion, the reference numeral 52 a rotor shaft, on which via a one-way clutch, the pulley 51 attached is the reference numeral 53 a rotor core attached to the rotor shaft 52 is fixed, and the reference numeral 54 a field winding, which is the rotor core 53 being wound, being out of the rotor shaft 52 , the rotor core 53 and the field winding 54 a rotor is formed. The reference number 55 denotes a stator core, which is disposed opposite to the rotor, and the reference numeral 56 a polyphase stator winding, which surrounds the stator core 55 is wound, taking out the stator core 55 and the stator winding 56 a stator is formed.

Die Bezugszeichen 57 und 58 bezeichnen zwei Lager zur Lagerung bzw. zum Haltern des Rotors, das Bezugszeichen 59 einen Halter, um den Stator zu lagern, das Bezugszeichen 60 Schleifringe zur Versorgung der Feldwicklung 54 mit elektrischem Strom das Bezugszeichen 61 ein Bürstenpaar, das an den Schleifringen 60 schleift, das Bezugszeichen 62 Federn zur Vorspannung der Bürsten 61 in Richtung der Schleifringe 60, und das Bezugszeichen 63 einen Bürstenhalter zum Halten der Bürsten.The reference numerals 57 and 58 two bearings for supporting or supporting the rotor, the reference numeral 59 a holder to support the stator, the reference numeral 60 Slip rings for supplying the field winding 54 with electric current, the reference numeral 61 a pair of brushes on the slip rings 60 grinds, the reference number 62 Springs for preloading the brushes 61 in the direction of the slip rings 60 , and the reference number 63 a brush holder for holding the brushes.

Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 68 ein Sonnenrad in einem Planetengetriebemechanismus, welcher an der Rotorwelle 52 angebracht ist, das Bezugszeichen 69 ein Planetenrad, welches mit dem Sonnenrad 68 kämmt, das Bezugszeichen 74 eine Planetenradachse, das Bezugszeichen 73 ein Joch mit einem U-förmigen Querschnitt, das Bezugszeichen 67 eine Innenverzahnung, welche ein Teil des Planetengetriebemechanismus ist und in dem Joch 73 angebracht ist, das Bezugszeichen 64 eine Feldwicklung der elektromagnetischen Kupplung, welche derart angeordnet ist, dass sie das Joch 73 umwickelt, das Bezugszeichen 66 eine Kupplungsscheibe eines elektromagnetischen Kupplungsantriebselements, welches ein Teil eines elektromagnetischen Kupplungshauptkörpers bildet, und das Bezugszeichen 65 ein elektromagnetisches Kupplungsfolgeelement, welches durch Energieversorgung der Feldwicklung 64 an die Kupplungsscheibe 66 angezogen wird.Further, the reference numeral designates 68 a sun gear in a planetary gear mechanism connected to the rotor shaft 52 is attached, the reference numeral 69 a planetary gear, which with the sun gear 68 combs, the reference number 74 a Planetenradachse, the reference numeral 73 a yoke having a U-shaped cross section, the reference numeral 67 an internal gear, which is a part of the planetary gear mechanism and in the yoke 73 is attached, the reference numeral 64 a field winding of the electromagnetic clutch, which is arranged so that it the yoke 73 wrapped, the reference numeral 66 a clutch disc of an electromagnetic clutch driving member which forms part of an electromagnetic clutch main body, and the reference numeral 65 an electromagnetic clutch follower element, which by energizing the field winding 64 to the clutch disc 66 is attracted.

Das Bezugszeichen 72 bezeichnet ein Einwegkupplungs-Folgeelement, welches zur Übertragung einer Drehkraft in nur einer Richtung an der Rotorwelle 52 angebracht ist, das Bezugszeichen 71 ein Einwegkupplungs-Antriebselement, und das Bezugszeichen 70 einen Träger für den Planetengetriebemechanismus, welcher mit der Riemenscheibe 51 integriert ist.The reference number 72 denotes a one-way clutch follower element which is for transmitting a rotational force in only one direction to the rotor shaft 52 is attached, the reference numeral 71 a one-way clutch drive element, and the reference numeral 70 a carrier for the planetary gear mechanism, which with the pulley 51 is integrated.

Im Weiteren wird der Betrieb beschrieben. Wenn der Feldwicklung 54 über die Bürsten 6 und die Schleifringe 60 ein Feldstrom zugeführt wird, wird ein magnetischer Fluss im Rotorkern 53 erzeugt. Im Elektromotor-Betrieb wird in diesem Zustand durch Anlegen einer mehrphasigen Wechselspannung an der Mehrphasenstatorwicklung 56 eine Drehkraft auf den Rotor erzeugt. Zur selben Zeit wird das elektromagnetische Kupplungsfolgeelement 65 durch Energieversorgung der Feldwicklung 64 der elektromagnetischen Kupplung an die Kupplungsscheibe 66 des elektromagnetischen Kupplungsantriebselements 66 angezogen, wobei die Innenverzahnung 67 in dem Planetengetriebemechanismus festgelegt bzw. befestigt wird.The operation will be described below. When the field winding 54 over the brushes 6 and the slip rings 60 a field current is supplied, becomes a magnetic flux in the rotor core 53 generated. In electric motor operation is in this state by applying a multi-phase AC voltage to the multi-phase stator winding 56 generates a rotational force on the rotor. At the same time, the electromagnetic clutch follower becomes 65 by supplying energy to the field winding 64 the electromagnetic clutch to the clutch disc 66 the electromagnetic clutch drive element 66 attracted, with the internal teeth 67 is fixed in the planetary gear mechanism.

Dementsprechend wird die Drehkraft, welche in dem Rotor erzeugt wird, von dem Rotor über das Sonnenrad 68, das Planetenrad 69, den Träger 70, die Riemenscheibe 51 und einen Riemen bzw. Band übertragen, welches um die Riemenscheibe 51 zu einer Last verläuft, wie beispielsweise einem Motor. Wenn intern ein Geschwindigkeitsreduktionsmechanismus vorgesehen ist, kann auf diese Art und Weise eine Drehkraft, welche proportional zu einem Reduktionsverhältnis ist, in der Riemenscheibe 51 erzeugt werden, welche einen Ausgabeabschnitt durch Drehen des elektrischen Motors mit hoher Geschwindigkeit bildet.Accordingly, the rotational force generated in the rotor is transmitted from the rotor via the sun gear 68 , the planetary gear 69 , the carrier 70 , the pulley 51 and transferring a belt around the pulley 51 to a load, such as a motor. In this way, when a speed reduction mechanism is internally provided, a rotational force proportional to a reduction ratio can be generated in the pulley 51 which forms an output section by rotating the electric motor at high speed.

In diesem Fall nimmt das Einwegkupplungs-Antriebselement 71 einen Leerlaufbetrieb mit dem Einwegkupplungs-Folgeelement 72 auf. Wenn im Elektromotor-Betrieb elektrische Leistung zu einer elektrischen Last geführt wird, wird ein Erregerstrom über die Bürsten 61 und die Schleifringe 60 zu Feldwicklung 54 geführt, wobei in einem Zustand eine Drehkraft über die Riemenscheibe 51 auf den Rotor übertragen wird, in dem ein elektromagnetischer Fluss um den Rotorkern 53 erzeugt wird.In this case, the one-way clutch drive element takes 71 an idling operation with the one-way clutch follower 72 on. When electric power is supplied to an electric load in electric motor operation, an exciting current is applied through the brushes 61 and the slip rings 60 to field winding 54 guided, wherein in one state, a rotational force on the pulley 51 is transferred to the rotor, in which an electromagnetic flux around the rotor core 53 is produced.

Nachdem der Elektromotor-Betrieb beendet worden ist, werden die Innenverzahnung 67 und das Joch 73 durch Beenden der Energieversorgung der Feldwicklung 64 der elektromagnetischen Kupplung freigegeben, und rotieren mit derselben Drehgeschwindigkeit wie die Riemenscheibe 51, wobei sich der Rotor dreht, so dass in der Mehrphasenstatorwicklung 56 ein elektrischer Strom erzeugt wird. In diesem Fall werden das Einwegkupplungs-Antriebselement 71 und das Folgeelement 72 verbunden.After the electric motor operation has been completed, the internal teeth 67 and the yoke 73 by stopping the power supply of the field winding 64 released from the electromagnetic clutch, and rotate at the same rotational speed as the pulley 51 , where is the rotor turns so that in the polyphase stator winding 56 an electric current is generated. In this case, the one-way clutch drive element becomes 71 and the follower 72 connected.

Jedoch weist die rotierende elektrische Maschine des Standes der Technik, wie es im Folgenden erläutert wird, einige Probleme auf. Beim Betrieb als Elektromotor zum Starten des Motors wird bei der rotierenden elektrischen Maschine des Standes der Technik die elektromagnetische Kupplung durch Energieversorgung der Feldwicklung 64 der elektromagnetischen Kupplung geschlossen (verbunden), bevor sich die Rotorwelle 52 dreht. Das heißt die Rotorwelle 52 muss in einem Zustand gestartet werden, in dem die elektromagnetische Kupplung geschlossen ist und, wobei diese einer hohen Last ausgesetzt wird, wenn der Motor gestartet wird, was zu dem Problem führt, dass sich der Startstrom erhöht.However, the prior art rotary electric machine, as explained below, has some problems. When operating as an electric motor for starting the engine, in the rotary electric machine of the prior art, the electromagnetic clutch by energizing the field winding 64 the electromagnetic clutch is closed (connected) before the rotor shaft 52 rotates. That is the rotor shaft 52 must be started in a state in which the electromagnetic clutch is closed and this is subjected to a high load when the engine is started, resulting in the problem that the starting current increases.

Bei der rotierenden elektrischen Maschine des Standes der Technik wurde ferner die Zeit des Kaltstarts nicht in Betracht gezogen. Wenn beispielsweise ein Motor früh am Morgen in einer kalten Umgebung gestartet wird, weist das Öl des Motors eine hohe Viskosität auf oder zirkuliert nicht ausreichend um jedes Teil des Motors, wobei ein Drehmoment (ein Kaltstartdrehmoment) zum Starten des Motors erforderlich ist, welches größer ist als bei einem Warmstart. Das Startdrehmoment der rotierenden elektrischen Maschine wird im Wesentlichen durch einen Ausdruck bestimmt, nämlich dem Startstrom mal dem Betrag des magnetischen Flusses (physikalische Konstitution der rotierenden elektrischen Maschine). Um das Kaltstartdrehmoment zu bewältigen, erhöht sich somit der Startstrom, oder die physikalische Konstitution der rotierenden elektrischen Maschine erhöht sich. Die Höhe des Startstroms wird durch die Stromkapazität eines Schaltelements für einen Invertierer bestimmt. Da jedoch das Schaltelement mit einer hohen Kapazität im Hinblick auf die Kosten ungünstig ist, wurde typischerweise eine rotierende elektrische Maschine mit großer physischer Konstitution verwendet, oder zusätzlich wurde ein Startmotor bzw. eine Startvorrichtung gemäß einer Struktur des Standes der Technik für den Kaltstart verwendet. Dementsprechend trat das Problem auf, dass die rotierende elektrische Maschine hinsichtlich ihrer Größe bzw. Dimension größer war.Furthermore, in the rotary electric machine of the prior art, the time of cold start was not taken into consideration. For example, when an engine is started early in the morning in a cold environment, the oil of the engine has a high viscosity or does not circulate sufficiently around each part of the engine, requiring a torque (a cold start torque) to start the engine, which is larger as in a warm start. The starting torque of the rotary electric machine is basically determined by an expression, namely, the starting current times the amount of the magnetic flux (physical constitution of the rotary electric machine). Thus, to cope with the cold start torque, the starting current increases, or the physical constitution of the rotary electric machine increases. The magnitude of the starting current is determined by the current capacity of a switching element for an inverter. However, since the high-capacity switching element is disadvantageous in terms of cost, typically a rotary electric machine of great physical constitution has been used, or in addition, a starting motor according to a prior art structure has been used for the cold start. Accordingly, there was a problem that the rotary electric machine was larger in size.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung ist vorgenommen worden, um die vorstehend erwähnten Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine zu schaffen, welche eine geringe Startzeit des Motors und einen geringen Startstrom ermöglicht. Ebenso ist es eine andere Aufgabe der Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, bei welcher kein Starter für den Kaltstart vorgesehen ist und deren Dimension gering ist.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a rotary electric machine which enables a low starting time of the motor and a low starting current. It is also another object of the invention to provide a rotary electric machine in which no starter is provided for the cold start and whose dimension is small.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine sich drehende bzw. rotierende elektrische Maschine bereitgestellt, welche durch den Elektromotor-Betrieb zum Starten eines Motors fähig ist und welche durch den Generator-Betrieb einem Fahrzeug elektrische Leistung zuführt. Die rotierende elektrische Maschine weist eine Riemenschiebe, eine Rotorwelle, einen Rotor, ein Sonnenrad, ein Planetenrad, ein elektromagnetisches Kupplungsfolgeelement, eine elektromagnetische Kupplung, eine Einwegkupplung und einen Steuerabschnitt auf. Die Riemenscheibe, welche an einem Endabschnitt vorgesehen ist, kann eine Bewegungskraft bzw. Leistung zu und von dem Motor übertragen. Die Rotorwelle ist an der Riemenscheibe befestigt. Der Rotor ist an der Rotorwelle gesichert. Das Sonnenrad ist an einem Endabschnitt der Rotorwelle fixiert. Das Planetenrad kämmt mit dem Sonnenrad. Die elektromagnetische Kupplung weist ein elektromagnetisches Kupplungsantriebselement auf mit einer Innenverzahnung, welche mit dem Planetenrad kämmt und zum Kontakt mit dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement oder der Beabstandung von dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement fähig ist, welches diesbezüglich gegenüberliegt. Die Einwegkupplung überträgt eine Drehkraft von der Riemenscheibe auf die Rotorwelle. Die Einwegkupplung ist an der Rotorwelle gesichert. Der Steuerabschnitt steuert den Motor-Betrieb wie folgt. Der Rotor wird gedreht. Daraufhin wird die elektromagnetische Kupplung mit Energie versorgt, um das elektromagnetische Kupplungsantriebselement mit dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement zu verbinden, wobei die Innenverzahnung, welche mit dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement integriert ist, mit dem Planetenrad kämmt. Die Drehkraft des Rotors wird über die Rotorwelle, das Sonnenrad, das Planetenrad und die Riemenscheibe auf den Motor übertragen.According to the present invention, there is provided a rotary electric machine capable of starting an engine by the electric motor operation and which supplies electric power to the vehicle by the generator operation. The rotary electric machine includes a belt pulley, a rotor shaft, a rotor, a sun gear, a planetary gear, an electromagnetic clutch follower, an electromagnetic clutch, a one-way clutch, and a control portion. The pulley provided at one end portion can transmit motive power to and from the engine. The rotor shaft is attached to the pulley. The rotor is secured to the rotor shaft. The sun gear is fixed to an end portion of the rotor shaft. The planetary gear meshes with the sun gear. The electromagnetic clutch includes an electromagnetic clutch drive member having internal teeth which mesh with the planetary gear and are capable of contacting with the electromagnetic clutch follower or the spacing of the electromagnetic clutch follower element opposed thereto. The one-way clutch transmits a rotational force from the pulley to the rotor shaft. The one-way clutch is secured to the rotor shaft. The control section controls the engine operation as follows. The rotor is turned. Thereafter, the electromagnetic clutch is energized to connect the electromagnetic clutch drive member to the clutch-follower electromagnetic member, and the internal teeth integrated with the clutch-follower electromagnetic member mesh with the pinion gear. The rotational force of the rotor is transmitted to the motor via the rotor shaft, the sun gear, the planetary gear and the pulley.

Bei einer derartigen Konfiguration wird der Effekt erzielt, dass eine Elektromaschine mit einer geringen Startzeit des Motors und einem geringen Startstrom erzielt werden kann.With such a configuration, the effect is achieved that an electric machine with a low starting time of the motor and a low starting current can be achieved.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist eine Querschnittsansicht, welche eine rotierende elektrsiche Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 1 FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a rotary electric machine according to an embodiment of the present invention. FIG.

2 ist ein Flussdiagramm, welches einen Steuerfluss eines Steuerabschnitts der rotieredne elektrische Maschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 FIG. 10 is a flowchart illustrating a control flow of a control section of the rotary electric machine according to the embodiment of the present invention. FIG.

3 ist ein Graph, welcher bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik die Beziehung des Startstroms und der Motorgeschwindigkeit darstellt. 3 FIG. 15 is a graph illustrating the relationship of the starting current and the motor speed in the rotary electric machine according to this embodiment of the present invention and a rotary electric machine according to the prior art.

4 ist eine Querschnittsansicht, welche eine rotierende elektrische Maschine gemäß dem Stand der Technik darstellt. 4 FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a rotary electric machine according to the prior art. FIG.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

1 ist eine Querschnittsansicht, welche eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 2 ist ein Flussdiagramm, welches einen Steuerfluss eines Steuerabschnitts der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei dieser Ausführungsform wird eine rotierende elektrische Maschine in Form einer rotorgewickelten Synchronmaschine als ein Beispiel beschrieben. Jedoch kann die rotierende elektrische Maschine auch die Struktur einer Synchronmaschine des Typs mit einem Permanentmagneten, einer reluktanzartige Synchronmaschine, einer Läuferkäfiginduktionsmaschine oder einer rotorgewickelte Induktionsmaschine aufweisen. 1 FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a rotary electric machine according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 FIG. 10 is a flowchart illustrating a control flow of a control section of the rotary electric machine according to the embodiment of the present invention. FIG. In this embodiment, a rotary electric machine in the form of a rotor-wound synchronous machine will be described as an example. However, the rotary electric machine may also have the structure of a synchronous machine of the permanent magnet type, a reluctance type synchronous machine, a rotor cage induction machine or a rotor wound induction machine.

In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Riemenscheibe, welche an einem Endabschnitt installiert ist, um zur Übertragung der Leistung zu und von einem Motor fähig zu sein, das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Rotorwelle, an welcher die Riemenscheibe 1 über eine Einwegkupplung gesichert ist, das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Rotorkern, welcher an der Rotorwelle 2 fixiert ist, und das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Feldwicklung, welche im Inneren des Rotorkerns 3 gewickelt ist, wobei ein Rotor aus der Rotorwelle 2, dem Rotorkern 3 und der Feldwicklung 4 aufgebaut ist. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Statorkern, welcher gegenüber dem Rotor angeordnet ist, und das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine Mehrphasenstatorwicklung, welche um den Statorkern 5 gewickelt ist, wobei ein Stator aus dem Statorkern 5 und der Statorwicklung 6 aufgebaut ist.In 1 denotes the reference numeral 1 a pulley which is installed at an end portion to be capable of transmitting power to and from a motor, the reference numeral 2 denotes a rotor shaft on which the pulley 1 secured by a one-way clutch, the reference numeral 3 denotes a rotor core, which on the rotor shaft 2 is fixed, and the reference numeral 4 denotes a field winding which is inside the rotor core 3 is wound, with a rotor from the rotor shaft 2 , the rotor core 3 and the field winding 4 is constructed. The reference number 5 denotes a stator core, which is disposed opposite to the rotor, and the reference numeral 6 denotes a multi-phase stator winding which surrounds the stator core 5 is wound, with a stator from the stator core 5 and the stator winding 6 is constructed.

Die Bezugszeichen 7 und 8 bezeichnen ein Paar von Lagern zum Haltern des Rotors, das Bezugszeichen 9 bezeichnet einen Halter zum Haltern des Stators, das Bezugszeichen 10 bezeichnet Schleifringe zur Versorgung der Feldwicklung 4 mit elektrischem Strom, das Bezugszeichen 11 bezeichnet ein Paar von Bürsten, welche auf den Schleifringen 10 schleifen, das Bezugszeichen 12 bezeichnet Federn zur Vorspannung der Bürsten 11 in Richtung der Schleifringe 10, und das Bezugszeichen 13 bezeichnet einen Bürstenhalter zum Halten der Bürsten.The reference numerals 7 and 8th Denote a pair of bearings for supporting the rotor, the reference numeral 9 denotes a holder for supporting the stator, the reference numeral 10 refers to slip rings for supplying the field winding 4 with electric current, the reference numeral 11 denotes a pair of brushes which are on the slip rings 10 grind, the reference number 12 denotes springs for biasing the brushes 11 in the direction of the slip rings 10 , and the reference number 13 denotes a brush holder for holding the brushes.

Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 14 ein Sonnenrad in einen Planetengetriebemechanismus, welcher an der Rotorwelle 2 vorgesehen ist, das Bezugszeichen 15 bezeichnet ein Planetenrad, welches mit dem Sonnenrad 14 kämmt, das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine Planetenradachse, das Bezugszeichen 17 bezeichnet ein Lager zum Haltern des Planetenrads 15, das Bezugszeichen 18 bezeichnet ein Joch mit U-förmiger Ausbildung im Querschnitt, das Bezugszeichen 19 bezeichnet eine Innenverzahnung, welche Teil des Planetenradmechanismus ist und die in dem Joch 18 ausgebildet ist, wobei das Bezugszeichen 20 einen elektromagnetischen Kupplungshauptkörper bezeichnet, das Bezugszeichen 21 bezeichnet eine Feldwicklung der elektromagnetischen Kupplung, welche zum Wickeln in dem Joch 18 angeordnet ist, das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Kupplungsscheibe eines elektromagnetischen Kupplungsantriebselements, welches ein Teil des elektromagnetischen Kupplungshauptkörpers bildet, das Bezugszeichen 23 bezeichnet ein elektromagnetisches Kupplungsfolgeelement, welches durch Energieversorgung der Feldwicklung 21 an die Kupplungsscheibe 22 gezogen wird, das Bezugszeichen 24 bezeichnet eine Feder zur Zurückführung des elektromagnetischen Kupplungsfolgeelements 23, und das Bezugszeichen 25 bezeichnet eine Schraube zur Fixierung der elektromagnetischen Kupplung.Further, the reference numeral designates 14 a sun gear in a planetary gear mechanism, which on the rotor shaft 2 is provided, the reference numeral 15 refers to a planetary gear, which with the sun gear 14 combs, the reference number 16 denotes a planetary gear, the reference numeral 17 denotes a bearing for supporting the planetary gear 15 , the reference number 18 denotes a yoke having a U-shaped configuration in cross section, the reference numeral 19 denotes an internal toothing, which is part of the Planetenradmechanismus and in the yoke 18 is formed, wherein the reference numeral 20 denotes an electromagnetic clutch main body, the reference numeral 21 denotes a field winding of the electromagnetic clutch which is for winding in the yoke 18 is arranged, the reference numeral 22 denotes a clutch plate of an electromagnetic clutch driving member forming part of the electromagnetic clutch main body, the reference numeral 23 denotes an electromagnetic clutch following element, which by energizing the field winding 21 to the clutch disc 22 is pulled, the reference numeral 24 denotes a spring for returning the electromagnetic clutch follower 23 , and the reference number 25 denotes a screw for fixing the electromagnetic clutch.

Das Bezugszeichen 26 bezeichnet eine Schraube zur Fixierung der Feder 24, das Bezugszeichen 27 bezeichnet ein Lager zum Haltern des Jochs 18, die Bezugszeichen 28 und 29 bezeichnen ein Zwischenstück, das Bezugszeichen 30 bezeichnet einen Halter, das Bezugszeichen 31 bezeichnet ein Ölblatt, um zu verhindern, dass Öl austritt, das Bezugszeichen 32 bezeichnet ein Einwegkupplungsfolgeelement, welches an der Rotorwelle 12 ausgebildet ist, um zur Übertragung einer Einwegdrehkraft fähig zu sein. Das Bezugszeichen 33 bezeichnet ein Einwegkupplungsantriebselement, das Bezugszeichen 34 bezeichnet einen Einwegkupplungsnockenabschnitt, das Bezugszeichen 35 bezeichnet eine Einwegkupplungssicherungsnuss, das Bezugszeichen 36 bezeichnet ein Lager zum Haltern des Einwegkupplungsnockenabschnitts, das Bezugszeichen 37 bezeichnet einen Träger für den Planetenradmechanismus, welcher mit Antriebsleistungs-Übertragungseinrichtungen, wie beispielsweise der Riemenscheibe 1, zur Übertragung der Bewegungsleistung zu und von dem Motor im Eingriff steht, das Bezugszeichen 38 bezeichnet eine Ankereinrichtung zum Festlegen der Riemenscheibe 1 an dem Träger 37, und das Bezugszeichen 40 bezeichnet Fixierungseinrichtungen zum Fixieren der Teile.The reference number 26 denotes a screw for fixing the spring 24 , the reference number 27 denotes a bearing for supporting the yoke 18 , the reference numerals 28 and 29 denote an intermediate piece, the reference numeral 30 denotes a holder, the reference numeral 31 denotes an oil sheet to prevent oil from leaking, the reference numeral 32 denotes a one-way clutch follower element attached to the rotor shaft 12 is designed to be capable of transmitting a one-way torque. The reference number 33 denotes a one-way clutch driving element, the reference numeral 34 denotes a one-way clutch cam portion, the reference numeral 35 denotes a one-way clutch securing nut, the reference numeral 36 denotes a bearing for supporting the one-way clutch cam portion, the reference numeral 37 denotes a carrier for the planetary gear, which with drive power transmission devices, such as the pulley 1 , is engaged for transmitting the motive power to and from the motor, the reference numeral 38 denotes an anchor device for fixing the pulley 1 on the carrier 37 , and the reference number 40 denotes fixing means for fixing the parts.

Der Betrieb wird nun im Folgenden beschrieben. Im Schritt S1 steht das Fahrzeug, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs Null beträgt. Daraufhin wird im Schritt S2 ein Feldstrom über die Bürsten 11 und den Schleifringen 10 zu der Feldwicklung 4 geführt (der Motor wird mit Energie versorgt), so dass ein magnetischer Fluss im Rotorkern 3 erzeugt wird. Ferner wird im Schritt S3 ein Mehrphasenwechselstrom zur Mehrphasenstatorwicklung 6 geführt, so dass in dem Rotor eine Drehkraft erzeugt wird, um den Motor zu drehen. Zu dieser Zeit befindet sich die elektromagnetische Kupplung in einem beabstandeten Zustand.The operation will now be described below. In step S1, the vehicle is stationary when the speed of the vehicle is zero. Subsequently, in step S2, a field current is applied via the brushes 11 and the slip rings 10 to the field winding 4 led (the motor is energized), leaving a magnetic flux in the rotor core 3 is produced. Further, in step S3, a polyphase AC current is supplied to the polyphase stator winding 6 so that a rotational force is generated in the rotor to rotate the motor. At this time, the electromagnetic clutch is in a spaced state.

Nachdem sich der Motor im Schritt S4 dreht, wird bestimmt, ob ein Motorstartsignal in einen Steuerabschnitt eingegeben wird oder nicht. Dabei wird das Motorstartsignal als ein Betriebssignal des Gaspedals in dem AT-(Automatik-Getriebe)-Fahrzeug oder als ein Trennsignal der Kupplung in dem MT-(manuelles Getriebe)-Fahrzeug betrachtet, wenn der Motor eine Verbrennungsmotor des Fahrzeugs ist. Wenn das Motorstartsignal in den Steuerabschnitt eingegeben worden ist, wird die Feldwicklung 21 der elektromagnetischen Kupplung im Schritt S5 mit Energie versorgt, so dass das elektromagnetische Kupplungsfolgeelement 23 an die Kupplungsscheibe 22 des elektromagnetischen Kupplungsantriebselements gezogen wird. Dadurch wird die Innenverzahnung 19 für den Planetenradmechanismus festgelegt, und die elektromagnetische Kupplung ist verbunden (Schritt S6).After the motor rotates in step S4, it is determined whether or not an engine start signal is input to a control section. Here, the engine start signal is regarded as an operation signal of the accelerator pedal in the AT (automatic transmission) vehicle or as a disconnection signal of the clutch in the MT (manual transmission) vehicle when the engine is an internal combustion engine of the vehicle. When the engine start signal has been input to the control section, the field winding becomes 21 the electromagnetic clutch is energized in step S5, so that the electromagnetic clutch follower element 23 to the clutch disc 22 of the electromagnetic clutch drive element is pulled. This will cause the internal teeth 19 is set for the Planetenradmechanismus, and the electromagnetic clutch is connected (step S6).

Dementsprechend wird eine Drehkraft, welche in dem Rotor erzeugt wird, von dem Rotor über das Sonnenrad 14, das Planetenrad 15, den Träger 37, die Riemenscheibe 1 und den Riemen übertragen, welcher um die Riemenscheibe 1 mit der Last verbunden ist, wie beispielsweise dem Motor, so dass der Motor gestartet wird (Schritt S7).Accordingly, a rotational force generated in the rotor is transmitted from the rotor via the sun gear 14 , the planetary gear 15 , the carrier 37 , the pulley 1 and transfer the belt, which is around the pulley 1 is connected to the load, such as the engine, so that the engine is started (step S7).

3 ist ein Graph, welcher die Beziehung des Startstroms und der Motorgeschwindigkeit für die rotierende elektrische Maschine gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung und einer rotierenden elektrischen Maschine gemäß dem Stand der Technik darstellt. In 3 bezeichnet die gestrichelte Linie die rotierende elektrische Maschine gemäß dem Stand der Technik, und die durchgezogene Linie beschreibt die rotierende elektrische Maschine gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung. Δt1 ist die Zeit von dem Start des Motors durch die rotierende elektrische Maschine der Erfindung, bis der Motor den ersten Kompressionshub durchführt. Δt2 ist die Zeit von dem Start des Motors durch die rotierende elektrische Maschine gemäß dem Stand der Technik, bis der Motor den ersten Kompressionshub durchführt. 3 FIG. 12 is a graph illustrating the relationship of the starting current and the motor speed for the rotary electric machine according to this embodiment of the invention and a rotary electric machine according to the prior art. In 3 the broken line indicates the rotary electric machine according to the prior art, and the solid line describes the rotary electric machine according to the embodiment of this invention. Δt 1 is the time from the start of the engine by the rotary electric machine of the invention until the engine makes the first compression stroke. Δt 2 is the time from the start of the engine by the rotary electric machine according to the prior art until the engine performs the first compression stroke.

Bei dem Motor, welcher in einem Zyklus von Ansaugen, Komprimieren, Explosion und Ausstoß betrieben wird, wird der erste Kompressionshub durch Nach-Oben-Drücken des Kolbens innerhalb des Zylinders in einem Zustand ohne Trägheitskraft gedrückt, wodurch eine signifikante Kraft erforderlich ist. Es ist ersichtlich, dass die Zeit Δt1 des Startens des Motors durch die rotierende elektrische Maschine der Erfindung bis zur Durchführung des ersten Kompressionshubs geringer ist als die Zeit Δt2 von dem Start des Motors durch die rotierende elektrische Maschine gemäß dem Stand der Technik bis zur Durchführung des ersten Kompressionshubs, wie in 3 gezeigt, wobei der Motor in einer kurzen Zeit auf eine hohe Motordrehzahl gebracht werden kann.In the engine, which is operated in a cycle of intake, compression, explosion and discharge, the first compression stroke is pushed by pushing the piston upwards within the cylinder in a state without inertial force, whereby a significant force is required. It can be seen that the time .DELTA.t 1 of starting the engine by the rotating electric machine of the present invention to implementation of the first compression stroke is less than the time .DELTA.t 2 from the start of the engine by the rotating electric machine according to the prior art to Performing the first compression stroke, as in 3 shown, wherein the engine can be brought in a short time to a high engine speed.

In dem Fall, in welchem die rotierende elektrische Maschine gemäß dem Stand der Technik und die rotierende elektrische Maschine der Erfindung das gleiche Startdrehmoment aufweisen, weist die rotierende elektrische Maschine der Erfindung einen geringeren Startstrom auf.In the case where the rotary electric machine according to the prior art and the rotary electric machine of the invention have the same starting torque, the rotary electric machine of the invention has a smaller starting current.

Obwohl in dem Beispiel gemäß dem Stand der Technik die elektromagnetische Kupplung verbunden wird, bevor sich die Rotorwelle im Betrieb des elektrischen Motors zum Starten des Motors dreht, wird, wie vorstehend beschrieben, bei dieser Ausführungsform der Erfindung die elektromagnetische Kupplung verbunden, nachdem sich die Rotorwelle 2 dreht, wobei die Trägheitskraft der Rotorwelle 2 direkt zum Start des Motors verwendet werden kann, so dass die Startzeit des Motors verkürzt wird und der Startstrom reduziert werden kann.Although, in the prior art example, the electromagnetic clutch is connected before the rotor shaft rotates in operation of the electric motor for starting the engine, as described above, in this embodiment of the invention, the electromagnetic clutch is connected after the rotor shaft 2 rotates, wherein the inertial force of the rotor shaft 2 can be used directly to start the engine, so that the starting time of the engine is shortened and the starting current can be reduced.

Der Riemen steht mit der Riemenscheibe 1 im Eingriff, um eine Bewegungskraft zwischen der rotierenden elektrischen Maschine und dem Motor zu übertragen, wobei der Freiheitsgrad bei der Einbringung der rotierenden elektrischen Maschine in dem Motor vermindert werden kann. Ebenso ist bei der Erfindung die elektromagnetische Kupplung geschlossen, während sich die Rotorwelle 12 dreht, wobei dadurch ein Eingriff zu der Zeit verursacht wird, wobei der Riemen jedoch diesen Eingriff absorbieren kann.The belt stands with the pulley 1 engaged to transmit a motive force between the rotary electric machine and the motor, wherein the degree of freedom in the introduction of the rotary electric machine in the motor can be reduced. Likewise, in the invention, the electromagnetic clutch is closed, while the rotor shaft 12 rotates, thereby causing an engagement at the time, but the belt can absorb this engagement.

Die rotierende elektrische Maschine dieser Erfindung wird effektiv zu der Zeit des Kaltstarts für den Motor verwendet. Wie vorstehend beschrieben, ist zur Zeit des Kaltstarts ein großes Drehmoment erforderlich, jedoch erhält man bei der rotierenden elektrischen Maschine der Erfindung ein signifikantes Startdrehmoment, selbst zur Zeit eines Kaltstarts, ohne dass eine Vergrößerung der physikalischen Konstitution der rotierenden elektrischen Maschine erforderlich ist und ohne dass ein separater Starter für den Kaltstart erforderlich ist.The rotary electric machine of this invention is effectively used for the engine at the time of cold start. As described above, at the time of cold start, a large torque is required, however, in the rotary electric machine of the invention, a significant starting torque is obtained even at the time of cold start without requiring an increase in the physical constitution of the rotary electric machine and without a separate starter is required for the cold start.

Claims (3)

Rotierende elektrische Maschine, welche geeignet ist für einen Elektromotor-Betrieb zum Starten eines Motors und einen Generator-Betrieb zur Versorgung eines Fahrzeugs mit elektrischer Leistung, wobei die rotierende elektrische Vorrichtung aufweist: eine Riemenscheibe (1), welche an einem Endabschnitt vorgesehen ist, um zur Übertragung einer Bewegungskraft zu und von dem Motor geeignet zu sein; eine Rotorwelle (2), an welcher die Riemenscheibe (1) befestigt ist; einen Rotor (3, 4), welcher an der Rotorwelle (2) gesichert ist; ein Sonnenrad (14), welches an einem Endabschnitt der Rotorwelle (2) fixiert ist; ein Planetenrad (15), welches mit dem Sonnenrad (14) kämmt; ein elektromagnetisches Kupplungsfolgeelement (23); eine elektromagnetische Kupplung (20) mit einem elektromagnetischen Kupplungsantriebselement, welches eine Innenverzahnung (19) aufweist, die mit dem Planetenrad (15) kämmt, und mit dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement (23) kontaktierbar oder von dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement (23) entfernbar ist, welches ihm gegenüberliegt; eine Einwegkupplung (32) zur Übertragung einer Drehkraft von der Riemenscheibe (1) auf die Rotorwelle (2), wobei die Einwegkupplung (32) an der Rotorwelle (2) befestigt ist; und einen Steuerabschnitt zum Steuern des Motorbetriebs dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung im Motorbetrieb derart erfolgt, dass sich der Rotor (3, 4) dreht, und im Anschluss die elektromagnetische Kupplung (20) mit Energie versorgt wird, um das elektromagnetische Kupplungsantriebselement mit dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement (23) zu verbinden, wodurch die Innenverzahnung (19), welche mit dem elektromagnetischen Kupplungsfolgeelement (23) integriert ist, mit dem Planetenrad (15) kämmt, so dass die Drehkraft des Rotors (3, 4) über die Rotorwelle (2), das Sonnenrad (14), das Planetenrad (15) und die Riemenscheibe (1) auf den Motor übertragen wird.A rotary electric machine suitable for an electric motor operation for starting an engine and a generator operation for supplying a vehicle with electric power, the rotary electric device comprising: a pulley ( 1 ) provided at one end portion to be suitable for transmitting a motive force to and from the motor; a rotor shaft ( 2 ), on which the pulley ( 1 ) is attached; a rotor ( 3 . 4 ), which on the rotor shaft ( 2 ) is secured; a sun wheel ( 14 ), which at one end portion of the rotor shaft ( 2 ) is fixed; a planetary gear ( 15 ), which with the sun wheel ( 14 ) combs; an electromagnetic clutch follower element ( 23 ); an electromagnetic clutch ( 20 ) with an electromagnetic clutch drive element, which has an internal toothing ( 19 ), which with the planetary gear ( 15 ) and with the electromagnetic coupling follower element ( 23 ) contactable or by the electromagnetic clutch follower element ( 23 ), which is opposite to it; a one-way clutch ( 32 ) for transmitting a rotational force from the pulley ( 1 ) on the rotor shaft ( 2 ), wherein the one-way clutch ( 32 ) on the rotor shaft ( 2 ) is attached; and a control section for controlling the engine operation, characterized in that the control takes place in engine operation such that the rotor ( 3 . 4 ) and then the electromagnetic clutch ( 20 ) is energized to the electromagnetic clutch drive element with the electromagnetic clutch follower ( 23 ), whereby the internal toothing ( 19 ), which with the electromagnetic clutch follower ( 23 ) is integrated with the planetary gear ( 15 ) meshes so that the rotational force of the rotor ( 3 . 4 ) over the rotor shaft ( 2 ), the sun wheel ( 14 ), the planetary gear ( 15 ) and the pulley ( 1 ) is transmitted to the engine. Rotierende elektrische Maschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (1) über einen Riemen mit dem Motor im Eingriff steht.Rotary electric machine according to claim 1, characterized in that the pulley ( 1 ) is engaged with the motor via a belt. Rotierende elektrische Maschine gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende elektrische Maschine beim Kaltstart des Motors verwendet wird.Rotary electric machine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the rotating electric machine is used in the cold start of the engine.
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