DE60014291T2 - Motor-/Generatorgerät für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Toshiyuki Chiyoda-ku Innami
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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motor-/Generatorvorrichtung für ein Fahrzeug, die als ein Motor und als ein Generator funktionieren kann.
  • In JP-A-62-93435 ist ein Steuerungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einer Wechselstrom-Maschine offenbart, die auch als ein Anlasser verwendet wird, und deren Ausgang mit einer Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbunden ist. Die Wechselstrom-Maschine wird als ein Motor oder ein Wechselstromerzeuger verwendet, wodurch beim Zeitpunkt des Startens eines Fahrzeugs eine von dem Motor ausgegebene Antriebskraft eine zügige Beschleunigung des Fahrzeugs unterstützt, während beim Zeitpunkt einer Verlangsamung oder eines Anhalten des Fahrzeugs eine Bremskraft in elektrische Energie zur Speicherung in einer Batterie konvertiert wird.
  • Dieses System umfasst einen Getriebemechanismus zum Eingriff mit einem Tellerrad, das an der äußeren Peripherie eines Schwungrads des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, einem kleinen Zahnrad, das koaxial zu der Abtriebswelle der Wechselstrom-Maschine vorgesehen ist zum Eingriff mit dem Getriebemechanismus, und eine elektromagnetische Schaltkupplung zum Kuppeln des Getriebemechanismus. Im Modus des Motorstarts ist die elektromagnetische Schaltkupplung ausgeschaltet, so dass die Abtriebswelle der Wechselstrom-Maschine mit dem Verbrennungsmotor über das kleine Zahnrad und den Getriebemechanismus mit einem großen Untersetzungsverhältnis verbunden ist, wobei die Wechselstrom-Maschine in diesem Fall als ein Motor funktioniert. Wenn der Verbrennungsmotor anderer seits angehalten wird, wird die elektromagnetische Schaltkupplung angeschaltet, so dass die Abtriebswelle der Wechselstrom-Maschine mit dem Verbrennungsmotor über das kleine Zahnrad und den Getriebemechanismus mit einem kleinen Untersetzungsverhältnis verbunden ist, wobei in diesem Fall die Wechselstrom-Maschine als ein Generator funktioniert.
  • Gemäß obigem Stand der Technik wird, wenn der Verbrennungsmotor startet, die Rotationswelle der Wechselstrom-Maschine in eine Richtung entgegengesetzt zu der Rotationsrichtung des kleinen Zahnrads, das ein Tellerrad in Planetenrädern bildet, rotiert. Es ist dann zu berücksichtigen, dass, wenn die elektromagnetische Schaltkupplung eingekuppelt ist, die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors unter dem Einfluss einer Rotations-Trägheit der Rotationswelle der Wechselstrom-Maschine abrupt abnimmt. Eine derartige Tatsache ist vom Standpunkt des Versuchs einer Verbesserung der Fahrqualität und Fahrstabilität des Fahrzeugs nicht erwünscht.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist deswegen eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Motor-/Generatorvorrichtung für ein Fahrzeug vorzusehen, die derart angetrieben werden kann, dass sie den Fahrkomfort und die Fahrstabilität des Fahrzeugs verbessert.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird obige Aufgabe durch eine Motor-/Generatorvorrichtung für ein Fahrzeug, wie in Anspruch 1 beschrieben wird, erreicht.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine elektrische Maschine für ein Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht der elektrischen Maschine der vorliegenden Erfindung, wenn sei in ein Fahrzeug eingebaut ist, wobei der eingebaute Zustand gezeigt wird;
  • 3 ist ein vertikaler Querschnitt eines Motors/Generators, der einen Teil der elektrischen Maschine der vorliegenden Erfindung bildet;
  • 4A ist ein Zeitdiagramm der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Maschine in Betrieb;
  • 4B ist ein Zeitdiagramm einer Drehbeschleunigung einer Kurbelwelle in der elektrischen Maschine der vorliegenden Erfindung in Betrieb;
  • 5A ist ein Zeitdiagramm der Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Maschine in Betrieb;
  • 5B ist ein Zeitdiagramm einer Drehbeschleunigung der Kurbelwelle in der elektrischen Maschine der vorliegenden Erfindung in Betrieb; und
  • 6 ist ein vertikaler Querschnitt eines Motors/Generators, der einen Teil einer elektrischen Maschine für ein Fahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Im Folgenden wird eine elektrische Maschine 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 1 bis 4, 5A und 5B erläutert.
  • 1 zeigt eine Anordnung der elektrischen Maschine 1 der vorliegenden Erfindung. Die elektrische Maschine 1 von 1 umfasst einen Motor/Generator 2, um eine Antriebskraft an einen und von einem Verbrennungsmotor 101 bidirektional zu übertragen, eine Hochspannungsbatterie 5, um ein Aufladen und Entladen für den Motor/Generator 2 durchzuführen, einen Wechselrichter 3, um ein Umrichten von Strom zwischen dem Motor/Generator 2 und der Hochspannungsbatterie 5 durchzuführen, eine Motor/Generator-Steuereinrichtung 4 zum Steuern des Motors/Generators 2, eine Niederspannungsbatterie 6, um allgemeinen elektrischen Vorrichtungen oder Ausrüstung des Fahrzeugs Strom zuzuführen, und einen Gleichstrom-Wandler 7, um eine Spannungsumwandlung zwischen Hochspannung und Niederspannung durchzuführen. Der Motor/Generator 2 weist ein Getriebe 30 auf, das aufgrund eines von der Motor/Generator-Steuereinrichtung 4 erhaltenen Steuerungsbefehlswerts eine Drehzahländerung durchführt.
  • 2 zeigt ein Beispiel einer in einem Fahrzeug 100 eingebauten elektrischen Maschine 1. In 2 ist der Motor/Generator 2 seitlich neben einem Verbrennungsmotor 101 angebracht und ein Riemen 81 verläuft zwischen dem Verbrennungsmotor 101 und einer Riemenscheibe 103 der Kurbelwelle, um dadurch eine Antriebskraft bidirektional zusammen mit dem Verbrennungsmotor 101 zu übertragen. In diesem Zusammenhang kann die Position des Motors/Generators 2 zu der Position des Verbrennungsmotors 101 passend optimiert werden, so dass der Motor/Generator 2 eingebaut werden kann, auch wenn der Verbrennungsmotor 101 in Bezug auf das Fahrzeug 100 versetzt angeordnet ist. Von dem Motor/Generator 2 verschiedene Vorrichtungen, Instrumente usw. sind innerhalb eines Motorraums 105 vorgesehen. Auch die Positionen dieser Vorrichtungen können zu den Positionen der zu dem Fahrzeug gehörenden Vorrichtungen passend optimiert werden oder diese Vorrichtungen können außerhalb des Motorraums 105 angebracht werden.
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise der elektrischen Maschine 1 erläutert, wenn sie als ein Motor betrieben wird (wobei der Betrieb im Folgenden nur mehr als Motor-Modus bezeichnet wird) und wenn sie als ein Generator betrieben wird (wobei der Betrieb im Folgenden nur mehr als Generator-Modus bezeichnet wird). Im Motor-Modus wird ein Gleichstrom der Hochspannungsbatterie 5 von einem Wechselrichter 3 in einen geeigneten Wechselstrom umgewandelt, so dass der Motor/Generator 2 zur Erzeugung einer Antriebskraft von dem Wechselstrom rotiert wird. Die Antriebskraft wird über den Riemen 81 an eine Kurbelwelle 102 übertragen. In dem Generator-Modus andererseits wird die Antriebskraft des Verbrennungsmotors 101 teilweise über den Riemen 81 an den Motor/Generator 2 zur Erzeugung eines Wechselstroms übertragen. Der Wechselstrom wird von dem Wechselrichter 3 in einen geeigneten Gleichstrom umgewandelt und dann in der Hochspannungsbatterie 5 gespeichert. Weiterhin wird die Antriebskraft des Verbrennungsmotors 101 teilweise über den Gleichstrom-Wandler 7 an eine Niederspannungsseite geliefert und dann an eine elektrische Last des Fahrzeugs und die Niederspannungsbatterie 6 verteilt.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Batterie mit ungefähr 42 V (Volt) als die Hochspannungsbatterie 5 und eine Batterie mit ungefähr 12 – 14 V, deren Spannung geringer als die der Hochspannungsbatterie 5 ist, als die Niederspannungsbatterie 6 verwendet.
  • Die Struktur des Motors/Generators 2 wird nun unter Bezugnahme auf den vertikalen Querschnitt von 3 erläutert.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Motor/Generator 2 eine Struktur, die einer Kombination aus Motor 10 und Getriebe 30 entspricht. In diesem Zusammenhang kann das Getriebe 30 entfernt von dem Motor/Generator 2 angebracht sein. Das Getriebe 30 umfasst eine elektromagnetische Schaltkupplung 40 als eine Kupplungs-Vorrichtung und einen Planetengetriebemechanismus (Planetengetriebevorrichtung) 60. Der Motor 10 ist mit dem Getriebe 30 mittels beispielsweise einem durchgehenden Bolzen 90 fest verbunden.
  • Zuerst wird die Struktur des Motors 10 erläutert. Im Allgemeinen wird der Motor 10 in zwei Typen klassifiziert, Synchron- und Induktions-/Asynchronmotor. Da es keinen großen Strukturunterschied zwischen den beiden Typen gibt, wird im Folgenden nur letzterer beispielhaft beschrieben.
  • In ein Motor-Gehäuse 11 mit einer im Allgemeinen zylindrischen Form wird ein Stator 12, der einen Stator-Eisenkern 13 und eine darum herumgewickelte Stator-Wicklung 14 aufweist, durch Einpass-Mittel, wie Schrumpfung oder Pressung, eingepasst. An beiden Enden des Motor-Gehäuses 11 befinden sich vordere und hintere Halterungen 15 und 16 mit jeweiligen Lager-Aufnahmen 17a und 17b. Das Motor-Gehäuse 11 bildet eine Einheit mit einem Satz von Stützen 18a, 18b, die in ein (nicht gezeigtes) Motorbefestigungsteil 104 greifen sollen und mittels eines Befestigungsbolzens 91 befestigt werden.
  • Innerhalb des Stators 12 befindet sich ein Rotor 19, dessen Rotor-Eisenkern 21 mittels der oben erwähnten Einpass-Mittel an einer Ro tationswelle 20 an einer Position angebracht ist, die dem Stator-Eisenkern 13 gegenüberliegt. Der Rotor 19 wird in den beiden Halterungen 15 und 16 durch Lager 22a, 22b geführt, um innerhalb des Stators 12 zu rotieren. Der Rotor-Eisenkern 21 besteht aus einer Vielzahl von dünnen Stahlblechen, die laminiert sind und eine Vielzahl von (nicht gezeigten) Schlitzen aufweisen, wobei beispielsweise eine Aluminiumlegierung in die Schlitze gegossen wird, so dass beide Enden kurzgeschlossen werden. Als ein Ergebnis entsteht ein in einem Induktionsmotor inhärenter Käfigläufer.
  • Im Folgenden wird die Struktur der elektromagnetischen Schaltkupplung 40 erläutert, die einen Teil des Getriebes 30 bildet.
  • Ein mit einer Wicklung 42 versehener Kern 41 ist über eine Befestigungsplatte 43 an der vorderen Halterung 15 koaxial zu dem Motor 10 mittels eines (nicht gezeigten) Befestigungsbolzens angebracht. Ein Kupplungsrotor 44 ist mit einer konstanten Distanz von dem Kern 41 rotierbar angebracht, und die aus der vorderen Halterung 15 hervorstehende Rotationswelle 20 ist in die Mitte des Kupplungsrotors 44 durch Einpass-Mittel, wie Presspassung, eingepasst. Ein Anker 45 ist mit einer konstanten Distanz von dem Kupplungsrotor 44 relativ rotierbar angebracht und eine Blattfeder 46 ist an einer Endfläche des Ankers mittels eines (nicht gezeigten) Befestigungsbolzens angebracht.
  • Im Folgenden wird die Struktur des Planetengetriebemechanismus (Planetengetriebevorrichtung) 60 erläutert, die einen Teil des Getriebes 30 bildet.
  • Ein Tellerrad 63 ist relativ rotierbar in einem Gehäuse 65 angebracht und eine Seitenplatte 66 ist an einer Endfläche des Gehäuses mit Befestigungsbolzen 93a, 93b befestigt. Die Seitenplatte 66 ist an dem Anker 45 durch die Befestigungsbolzen 93a, 93b über Abstandshalter 47a, 47b und Befestigungsbolzen 92a, 92b befestigt. Durch eine derartige Anordnung können das Tellerrad 63 und der Anker 45 als eine Einheit rotiert werden.
  • Eine Vielzahl von Zahnrädern (Planetenräder) 62a, 62b, die in eine Innenseite des Tellerrads 63 greifen sollen, sind geeignet in dem Tellerrad 63 und rotierbar auf einer Antriebs-/Abtriebswelle 64 als ein Planetenradträger angebracht. Ein Sonnenrad 61 befindet sich innerhalb der Zahnräder 62a, 62b, um mit ihnen in der Nähe eines Endes der Rotationswelle 20 im Eingriff zu stehen. Somit ist ein Satz derartiger Planetengetriebemechanismen 60 vollständig.
  • Ein Rollenlager 68 ist zwischen einem Vorsprung 67 des Gehäuses 65 und der Antriebs-/Abtriebswelle 64 vorgesehen, und eine Einweg-Kupplung 69 ist zwischen dem Gehäuse 65 und einem Getriebegehäuse 31 vorgesehen, um eine Rotation des Gehäuses 65 in seine eine Richtung einzuschränken.
  • Die Antriebs-/Abtriebswelle 64 ist in dem Getriebegehäuse 31 mittels eines Lagers 70 rotierbar angebracht und an ihrem einen Ende mit einer Riemenscheibe 80 ausgestattet, wobei die Riemenscheibe 80 mittels einer Befestigungsmutter 94 daran befestigt ist. Der Riemen 81 wird um die Riemenscheibe 80 und eine (nicht gezeigte) Kurbelwellen-Riemenscheibe 103 herumgeführt. Mit einer derartigen Anordnung kann eine bidirektionale Übertragung einer Antriebskraft an die Kurbelwellen-Riemenscheibe 103 durchgeführt werden. In diesem Zusammenhang kann, wenn die Riemenscheibe 80 und der Riemen 81 durch ein Kettenrad und eine Kette ersetzt werden, die Übertragung einer größeren Antriebskraft realisiert werden.
  • Mit der obigen Anordnung können die Antriebs-/Abtriebswelle 64, der Rotor 19 und die Kurbelwelle 102 in dieselbe Richtung rotiert werden.
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise der elektrischen Maschine 1 erläutert.
  • Der Betriebs-Modus des Motors/Generators 2 wird im Allgemeinen in die in Tabelle 1 gezeigten Modi klassifiziert.
  • Tabelle 1
    Figure 00090001
  • Die Betriebs-Modi 6 und 7 bezeichnen einen Zustand, in dem die Kurbelwelle 102 rotiert und der Rotor 19, der eine schwache Antriebskraft von der Antriebs-/Abtriebswelle 64 erhält, sich im Leerlauf befindet. In der Tabelle 1 bezeichnet „u" ein Untersetzungsverhältnis des Planetengetriebemechanismus 60, wenn er als Untersetzungsgetriebe oder als Reduktionsgetriebe wirkt, und wird durch Teilen der Anzahl von Zähnen in dem Tellerrad 63 durch die Anzahl von Zähnen in dem Sonnenrad 61, um einen geteilten Wert zu erhalten, und Addieren von 1 zu dem geteilten Wert erhalten.
  • Um den Motor/Generator 2 effektiv anzutreiben, ist es notwendig, den Betriebs-Modus gemäß den Charakteristiken des Motors/Generators 2 und den Fahrbedingungen des Fahrzeugs 100 in einen geeigneten Modus zu schalten. Zusätzlich ist es notwendig, um eine Verschlechterung des Fahrkomforts und der Stabilität des Fahrzeugs 100 zu vermeiden, durch geeignetes Schalten den eingekuppelten Betrieb der elektromagnetischen Schaltkupplung 40 und den Betrieb der Einweg-Kupplung 69 zu ändern. Tabelle 2 zeigt ein typisches Schaltmuster in obigem Fall.
  • Tabelle 2
    Figure 00100001
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise der elektrischen Maschine 1 in Verbindung mit Beispielen der Schaltmuster II, V und VII der Tabelle 2 erläutert. Natürlich kann die elektrische Maschine 1 der vorliegenden Erfindung auch andere als die in Tabelle 2 gezeigten Schaltmuster aufweisen.
  • Eine Reihe von Funktionsweisen der elektrischen Maschine 1 in dem Schaltmuster II wird im Folgenden erläutert.
  • In Verbindung mit einem Beispiel, in dem der Verbrennungsmotor startet und der Motor/Generator umgeschaltet wird, um als Generator zu funktionieren, wird das Schaltmuster II erläutert. Die elektrische Maschine 1 weist eine Funktion des zeitweiligen Abstellens des Verbrennungsmotors 101 auf, wenn das Fahrzeug an einer Verkehrsampel oder einer Straßenkreuzung vor dem Abbiegen anhält. Dadurch soll ein unnötiger Kraftstoffverbrauch in dem Zustand des Motor-Leerlaufs eliminiert werden, um dessen Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Wenn der Fahrer das Fahrzeug 100 aus dem zeitweilig abgestellten Zustand wieder starten möchte, ist es erforderlich, dass durch das Starten des Fahrers der Verbrennungsmotor 101 schnell gestartet wird und das Fahrzeug 100 startet. Zu diesem Zweck muss die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 101 in einer sehr kurzen Zeit von höchstens 1 Sekunde oder weniger auf ungefähr 700 – 1000 rpm (revolutions per minute – Umdrehungen je min) erhöht werden. In diesem Beispiel wird eine Erzeugung unmittelbar nach dem Start eines Verbrennungsmotors begonnen.
  • Im Folgenden wird die Funktionsweise des Anlassens eines Motors erläutert (Betriebs-Modus 1).
  • In 1 entscheidet die Steuereinrichtung 4 des Motors/Generators über die Erlaubnis oder Verweigerung des Betriebs des Motors/Generators 2 auf der Grundlage von Sensor-Information, die sie von einer Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung 8 erhalten hat, und Information über eine Ladungsgröße usw. der Hochspannungsbatterie 5. Wenn die Steuereinrichtung 4 entscheidet, dass der Betrieb des Motors/Generators 2 möglich ist, gibt sie einen dreiphasigen Wechselstrom-Befehlswert an den Wechselrichter 3 zum Anlassen des Verbrennungsmotors aus. Als Antwort darauf konvertiert der Wechselrichter 3 einen Gleichstrom der Hochspannungsbatterie 5 in einen geeigneten dreiphasigen Wechselstrom und gibt ihn dann an den Motor/Generator 2 aus.
  • In 3 wird, wenn ein dreiphasiger Wechselstrom an den Motor/Generator 2 oder insbesondere an den Motor 10 angelegt wird, ein rotierendes magnetisches Feld in dem Stator 12 erzeugt, wodurch der Rotor 19 mit einer erwünschten Leistung vorwärts rotiert (entgegen dem Uhrlauf, wenn von dem Pfeil A in der Zeichnung aus gesehen). Die Rotation des Rotors 19 verursacht eine Rotation des Sonnenrads 61, das in der Nähe eines Endes der Rotationswelle 20 angebracht ist, und auch eine Rotation der mit dem Sonnenrad im Eingriff stehenden Planetenräder 62a und 62b. Zu diesem Zeitpunkt wird das Tellerrad 63 einer Rotationsenergiekraft in die entgegengesetzte Richtung unterzogen. Da jedoch das mit dem Tellerrad 63 in Eingriff stehende Gehäuse 65 mit dem Getriebegehäuse 31 aufgrund des Betriebs der Einweg-Kupplung 69 fest verbunden ist, funktioniert der Planetengetriebemechanismus 60 als ein Drehzahlreduzierer, wodurch die Antriebskraft der Rotationswelle 20 verringert und an die Antriebs-/Abtriebswelle 64 übertragen wird. Dann ist das Untersetzungsverhältnis ein Wert, der durch Teilen der Anzahl von Zähnen des Tellerrads 63 durch die Anzahl von Zähnen des Sonnenrads 61, um einen geteilten Wert zu erhalten, und Addieren von 1 zu dem geteilten Wert erhalten wird. Die an die Antriebs-/Abtriebswelle 64 übertragene Antriebskraft wird dann an die Kurbelwelle 102 (nicht gezeigt) über die Riemenscheibe 80 und den Riemen 81 übertragen, wodurch der Verbrennungsmotor 101 gestartet wird.
  • Nachdem das Anlassen eines Motors (Betriebs-Modus 1) vollendet ist, wird der Modus auf den Generator-Modus umgestellt (Betriebs-Modus 4). In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Motor/ Generator 2 vor dem Umschalten in den Modus 4 in dem Betriebs-Modus 5 angetrieben. In dem Betriebs-Modus 5 arbeitet der Motor/Generator 2 als ein Generator, aber aufgrund der inhärenten Charakteristik des Planetengetriebemechanismus 60 hat der Motor/Generator 2 als eine Last keinen Einfluss auf die Antriebs-/Abtriebswelle 64 oder die Kurbelwelle 102.
  • In dem Betriebs-Modus 5 gibt die Steuereinrichtung 4 des Motors/Generators einen dreiphasigen Wechselstrom-Befehlswert an den Wechselrichter 3 aus zum Antreiben des Motors/Generators 2 als einen Generator. Als Antwort darauf konvertiert der Wechselrichter 3 einen Gleichstrom der Hochspannungsbatterie 5 in einen dreiphasigen Wechselstrom und gibt ihn dann an den Mohr/Generator 2 aus.
  • Wenn obiger dreiphasiger Wechselstrom an den Motor/Generator 2 oder insbesondere an den Motor 10 angelegt wird, wird ein rotierendes magnetisches Feld in dem Stator 12 erzeugt. Als Antwort darauf rotiert wiederum der Rotor 19 derart, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors die der Antriebs-/Abtriebswelle 64 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt, da das Tellerrad 63 aufgrund der inhärenten Charakteristik des Planetengetriebemechanismus 60 auch derart kontinuierlich rotiert, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Tellerrads 63 die der Antriebs-/Abtriebswelle 64 erreicht, kann vermieden werden, dass obiger Betrieb die Rotation der Antriebs-/Abtriebswelle 64 oder der Kurbelwelle 102 behindert. Auf der Stufe, an der die Rotationsgeschwindigkeiten des Rotors 19, der Antriebs-/Abtriebswelle 64 und des Tellerrads 63 fast gleich werden und die Drehbeschleunigungen der drei Rotationen fast gleich werden, wünschenswerterweise zusätzlich zu der Rotationsgeschwindigkeit, wird der Modus in den Betriebs-Modus 4 umgeschaltet (Generator-Modus).
  • Selbst in dem Betriebs-Modus 4 wird der Motor/Generator 2 kontinuierlich als der Generator angetrieben. Da es jedoch erforderlich ist, die elektromagnetische Schaltkupplung 40 zu betreiben, gibt die Steuereinrichtung 4 des Motors/Generators gleichzeitig mit der Umschaltung ein Signal an eine in dem Wechselrichter 3 vorgesehene Stromversorgung (nicht gezeigt) aus, um die elektromagnetische Schaltkupplung 40 zu betätigen. Als Antwort darauf konvertiert die Stromversorgung den Gleichstrom der Hochspannungsbatterie 5 in einen geeigneten Strom und gibt ihn an die elektromagnetische Schaltkupplung 40 aus.
  • Wenn in 3 Strom an die elektromagnetische Schaltkupplung 40 geliefert wird, um einen Strom an die Wicklung 42 zu liefern, wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, so dass der Anker 45 gegen die Federkraft der Blattfeder 46 zu dem Kupplungsrotor 44 hingezogen wird und beide als eine Einheit bewegt werden können. Als ein Ergebnis greift das Sonnenrad 61, das in der Nähe eines Endes der in der Mitte des Kupplungsrotors 44 eingepassten Rotationswelle 20 vorgesehen ist, in das Tellerrad 63 ein, das mit dem Inneren des an dem Anker 45 befestigten Gehäuses 65 in Eingriff steht. Als ein Ergebnis kann der Planetengetriebemechanismus 60 aufgrund seiner inhärenten Charakteristik nicht als der Drehzahlreduzierer funktionieren und somit wird die Antriebskraft der Antriebs-/Abtriebswelle 64 wie sie ist an die Rotationswelle 20 übertragen. Um zu verhindern, dass der Planetengetriebemechanismus 60 als der Drehzahlreduzierer wirkt, ist es nur erforderlich, zumindest zwei der drei Wellen in dem Mechanismus zu verbinden. In diesem Zusammenhang jedoch kann jede andere als obige Kombination verwendet werden gemäß der inneren Anordnung des Getriebes 30. Weiter kann die elektromagnetische Schaltkupplung 40 eine Struktur aufweisen, in welcher durch Beenden der Stromversorgung an die Wicklung 42 der Anker 45 integral mit dem Kupplungsrotor 44 ausgebildet ist.
  • In 4A ist ein Beispiel eines Zeitdiagramms der Rotationsgeschwindigkeit einer Reihe der oben erwähnten Betriebsweisen. Es wird aus der Zeichnung offensichtlich, dass, wenn die Rotationsgeschwindigkeiten des Rotors 19 und des Tellerrads 63 von der Rotationsgeschwindigkeit der Antriebs-/Abtriebswelle 64 auch nach Beendigung des Modus des Anlassens des Verbrennungsmotors (Betriebs-Modus 1) verschieden sind, die Rotationsgeschwindigkeiten dieser drei Rotationen durch Antreiben des Motors/Generators 2 in dem Betriebs-Modus 5 (was im Folgenden als „mit dem Betriebs-Modus 5" bezeichnet wird) vor der Schaltung in den Betriebs-Modus 4 fast gleich werden können. Eine Drehbeschleunigung oder Kurbelwelle 102 zu diesem Zeitpunkt im Vergleich mit einem Fall, in dem der Betriebs-Modus 5 fehlt (was als „ohne den Betriebs-Modus 5" bezeichnet wird), wird in 4B gezeigt. Es wird aus der Zeichnung offensichtlich, dass in dem Fall „mit dem Betriebs-Modus 5" die elektromagnetische Schaltkupplung 40 betätigt wird, um den Modus in einem derartigen Zustand auf den Betriebs-Modus 4 zu schalten, in dem die Rotationsgeschwindigkeiten dieser drei Rotationen im Wesentlichen gleich sind, wodurch die Schaltkupplung auf die Rotations-Trägheit des Rotors 19 und des Tellerrads 63 im Wesentlichen keinen Einfluss hat, somit kann die Drehbeschleunigung der Kurbelwelle 102 auf einen relativ kleinen Wert vermindert werden.
  • Eine große Veränderung bei der Drehbeschleunigung der Kurbelwelle 102 oder bei der Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 101 verursacht nicht nur eine Verschlechterung der Fahrqualität des Fahrzeugs 100, sondern führt auch zu einer schlechteren Stabilität des Fahrzeugs. Aufgrunddessen ist es wünschenswert, eine derartige Veränderung zu minimieren. In dieser Hinsicht kann die elektrische Maschine 1 dieses Ausführungsbeispiels den verbesserten Fahrkomfort und die Stabilität des Fahrzeugs 100 sicherstellen.
  • Wie weiter in den 4A und 4B zu sehen ist, kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, da der Rotor 19, die Antriebs-/Abtriebswelle 64 und das Tellerrad 63 in allen Modi, von dem Verbrennungsmotor-Anlass-Modus bis zu dem Generator-Modus, immer in dieselbe Richtung rotiert werden, der Einfluss des Motors/Generators 2 auf die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors zum Zeitpunkt der Modus-Änderung minimiert werden.
  • Ferner kann, da der Betrieb der elektrischen Maschine 1 in dem Schaltmuster I derselbe ist wie in dem Schaltmuster II, außer dass der Motor/Generator 2 nach dem Schalten als ein Motor angetrieben wird, die elektrische Maschine 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels sogar in dem Schaltmuster I die Fahrqualität und die Stabilität des Fahrzeugs 100 sicherstellen.
  • Darüber hinaus kann, da der Betrieb der elektrischen Maschine 1 in dem Schaltmuster III derselbe ist wie in dem Schaltmuster II, außer dass der Motor/Generator 2 nach dem Schalten nicht angetrieben wird, die elektrische Maschine 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels sogar in dem Schaltmuster III die Fahrqualität und die Stabilität des Fahrzeugs 100 sicherstellen.
  • Wie oben erwähnt, ist es in diesem Beispiel notwendig, die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 101 in einer sehr kurzen Zeit von höchstens 1 Sekunde oder weniger auf ungefähr 700 – 1000 rpm zum Zeitpunkt des Anlassen des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Dies erfordert eine relativ große Antriebskraft oder Drehmoment, um der Kurbelwelle 102 Energie zuzuführen und sie zu rotieren. Durch die Drehzahlreduzierung des Planetengetriebemechanismus 60 kann das Drehmoment der Rotationswelle 20 mit der Zahl des Untersetzungsverhältnisses oder Riemenscheibenverhältnisses multipliziert werden, so dass ein von dem Motor 10 zu erzeugendes Drehmoment um die entsprechende Größe verkleinert werden kann und somit der Motor 10 hinsichtlich seiner Größe und seines Gewichts klein gehalten werden kann. Wenn zum Beispiel der Planetengetriebemechanismus 60 ein Untersetzungsverhältnis von 5 und ein Riemenscheibenverhältnis von 2 hat, wird ein gesamtes Untersetzungsverhältnis entsprechend einem Produkt der beiden Verhältnisse 10, und somit muss ein Drehmoment nur 1/10 eines zum Starten des Verbrennungsmotors erforderlichen Drehmoments sein. Da es jedoch notwendig ist, die Rotationsgeschwindigkeit des Motors 10 um eine gewünschte Untersetzungsgröße, in diesem Beispiel bis zu 700 – 1000 rpm, zu erhöhen, ist es erforderlich, das Drehmoment in einem relativ breiten Rotationsgeschwindigkeitsbereich stabil auszugeben. Anders ausgedrückt, das Untersetzungsverhältnis des Planetengetriebemechanismus 60 kann in einem zugelassenen Bereich gemäß den Drehmoment-Charakteristiken des Motors 10 willkürlich ausgewählt werden.
  • Als weiteres Beispiel wird ein Fall betrachtet, in dem die Temperatur des Verbrennungsmotors 101 relativ hoch ist, wie nach dem Aufwärmen oder beim Laufen des Verbrennungsmotors. In diesem Fall wird ein für die Zuführung von Energie und Rotation der Kurbelwelle 102 erforderliches Drehmoment sehr klein, wodurch der Planetengetriebemechanismus 60 nicht mehr als ein Drehzahlreduzierer funktionieren muss. Demgemäß ist in diesem Fall ein Schaltmuster wünschenswert, in dem der Verbrennungsmotor 101 in dem Betriebs-Modus 2 gestartet und danach der Modus in den Betriebs-Modus 4 geschaltet wird. Als ein Ergebnis kann eine für den Start des Verbrennungsmotors erforderliche Zeit vorteilhaft verkürzt und eine von dem Motor 10 verbrauchte Energie vorteilhaft auf einen niedrigen Wert gedrückt werden.
  • Im Folgenden wird eine Reihe von Funktionsweisen der elektrischen Maschine 1 in dem Schaltmuster V erläutert.
  • Wenn der Modus von dem Betriebs-Modus 6 in den Betriebs-Modus 4 geschaltet wird, überprüft die Motor/Generator-Steuereinrichtung 4, ob der Motor/Generator betrieben werden kann oder nicht auf der Grundlage der von der Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung 8 erhaltenen Sensor-Information und der Information über eine Ladungsgröße usw. der Hochspannungsbatterie 5, und wenn der Betrieb möglich ist, vergleicht die Steuereinrichtung 4 die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 19 mit einem Wert, der durch Multiplizieren der Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 101 mit dem Riemenscheibenverhältnis erhalten wurde, d.h. mit der Rotationsgeschwindigkeit der Antriebs-/Abtriebswelle 64.
  • Danach wird der Modus in den Betriebs-Modus 4 geschaltet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 19 höher ist als die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebs-/Abtriebswelle 64 vor dem Umschalten des Modus, der Motor/Generator in dem Betriebs-Modus 5 angetrieben. Dagegen wird, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 19 geringer ist als die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebs-/Abtriebswelle 64, der Motor/Generator in dem Betriebs-Modus 3 angetrieben.
  • In dem Betriebs-Modus 5 oder 3 gibt die elektrische Maschine 1 einen Befehlswert für dreiphasigen Wechselstrom an den Wechselrichter 3 aus, um den Motor/Generator 2 als einen Generator oder Motor zu betreiben. Als Antwort darauf konvertiert der Wechselrichter 3 den Gleichstrom der Hochspannungsbatterie 5 in einen dreiphasigen Wechselstrom und gibt ihn dann an den Motor/Generator 2 aus.
  • Das Anlegen eines dreiphasigen Wechselstroms arg den Motor/Generator 2 oder insbesondere an den Motor 10 erzeugt ein rotierendes magnetisches Feld in dem Stator 12, wodurch der Rotor 19 kontinuierlich rotiert wird, so dass die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebs-/Abtriebswelle 64 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird aufgrund der inhärenten Charakteristik des Planetengetriebemechanismus 60 das Tellerrad 63 ebenfalls kontinuierlich rotiert, so dass die Rotationsgeschwindigkeit des Tellerrads die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebs-/Abtriebswelle 64 erreicht. Somit kann vermieden werden, dass obiger Betrieb die Rotation der Antriebs-/Abtriebswelle 64 oder der Kurbelwelle 102 behindert. Wenn die Rotationsgeschwindigkeiten des Rotors 19, der Antriebs-/Abtriebswelle 64 und des Tellerrads 63 im Wesentlichen gleich sind und wünschenswerterweise zusätzlich zu der Rotationsgeschwindigkeit die Drehbeschleunigungen dieser drei Rotationen im Wesentlichen gleich sind, wird der Modus in den Betriebs-Modus 4 geschaltet. Der Betrieb des Betriebs-Modus 4 findet statt wie in Verbindung mit dem Schaltmuster II beschrieben und deswegen wird dessen Erläuterung hier weggelassen.
  • Ein Beispiel eines Zeitdiagramms von Rotationsgeschwindigkeiten in oben erwähnter Folge von Betriebsweisen, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 19 niedriger als die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebs-/Abtriebswelle 64 ist, wird in 5A gezeigt. Es wird aus der Zeichnung offensichtlich, dass, auch wenn die Rotationsgeschwindigkeiten des Rotors 19 und der Tellerrads 63 unterschiedlich zu der Rotationsgeschwindigkeit der Antriebs-/Abtriebswelle 64 in dem Betriebs-Modus 6 sind, die Rotationsgeschwindigkeiten dieser drei durch Antreiben des Motors/Generators 2 in dem Betriebs-Modus 3 vor dem Umschalten in den Betriebs-Modus 4 (was im Folgenden als „mit dem Betriebs-Modus 3" bezeichnet wird) im Wesentlichen angepasst werden können. In 5B wird eine Dreh beschleunigung der Kurbelwelle 102 zu diesem Zeitpunkt im Vergleich zu einem Fall gezeigt, in dem der Betriebs-Modus 3 fehlt (was im Folgenden als „ohne den Betriebs-Modus 3" bezeichnet wird). Es wird aus der Zeichnung offensichtlich, dass in dem Fall „mit dem Betriebs-Modus 3" die elektromagnetische Schaltkupplung 40 betätigt wird, um den Modus in einem derartigen Zustand auf den Betriebs-Modus 4 zu schalten, in dem diese drei Rotationsgeschwindigkeiten im Wesentlichen miteinander übereinstimmen, wobei die Schaltkupplung auf die Rotations-Trägheit des Rotors 19 und. des Tellerrads 63 im Wesentlichen keinen Einfluss hat, somit kann die Drehbeschleunigung der Kurbelwelle 102 auf einen relativ kleinen Wert vermindert werden.
  • Eine große Veränderung der Drehbeschleunigung der Kurbelwelle 102, d.h. der Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 101, führt nicht nur zu einer Verschlechterung des Fahrkomforts des Fahrzeugs 100, sondern beeinträchtigt auch die Stabilität des Fahrzeugs. Somit ist es wünschenswert, eine derartige Veränderung zu minimieren. In dieser Hinsicht kann die elektrische Maschine 1 dieses Ausführungsbeispiels den verbesserten Fahrkomfort und die Stabilität des Fahrzeugs 100 sicherstellen.
  • Da der Betrieb der elektrischen Maschine 1 in dem Schaltmuster IV derselbe ist wie in dem Schaltmuster V, außer dass der Motor/Generator 2 nach dem Schalten als ein Motor angetrieben wird, kann die elektrische Maschine 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels auch in dem Schaltmuster IV den verbesserten Fahrkomfort und die Stabilität des Fahrzeugs 100 sicherstellen.
  • Ferner kann, da der Betrieb der elektrischen Maschine 1 in dem Schaltmuster VI derselbe ist wie in dem Schaltmuster V, außer dass der Motor/Generator 2 nach dem Schalten nicht angetrieben wird, die elektrische Maschine 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels auch in dem Schaltmuster VI den verbesserten Fahrkomfort und die Stabilität des Fahrzeugs 100 sicherstellen.
  • Im Folgenden wird eine Reihe von Funktionsweisen der elektrischen Maschine 1 in dem Schaltmuster VII erläutert.
  • Um den Modus in einem Zustand in den Betriebs-Modus 1 zu schalten, in dem die Kurbelwelle 102 rotiert und die Antriebs-/Abtriebswelle 64, die davon eine leichte Antriebskraft erhält, rotiert, ist es notwendig, die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 19 auf zumindest einen Wert zu erhöhen, der durch Multiplizieren der Rotationsgeschwindigkeit der Antriebs-/Abtriebswelle 64 mit einem Untersetzungsverhältnis „u" erhalten wird. Dies entsteht aus der Notwendigkeit der Betätigung der Einweg-Kupplung 69, um das mit dem Tellerrad 63 in Eingriff stehende Gehäuse 65 festzustellen, wodurch der Planetengetriebemechanismus 60 als ein Drehzahlreduzierer wirkt, die Antriebskraft der Rotationswelle 20 verringert und dann an die Antriebs-/Abtriebswelle 64 übertragen wird.
  • Somit ist es in dem Schaltmuster VII vor dem Schalten in den Betriebs-Modus 1 erforderlich, den Vorgang des Stoppens des vorwärts rotierenden Tellerrads 63, d.h. das Gehäuse 65 zum Aktivieren der Einweg-Kupplung 69, zu optimieren, wodurch die Betätigung der Einweg-Kupplung 69 reibungslos vonstatten geht und die Drehbeschleunigung der Kurbelwelle 102 auf einen kleinen Wert vermindert wird.
  • Wenn von einem Betriebs-Modus in den Betriebs-Modus 1 geschaltet wird, überprüft die Motor/Generator-Steuereinrichtung 4, ob der Motor/Generator betrieben werden kann oder nicht auf der Grundlage der von der Verbrennungsmotor-Steuereinrichtung 8 erhaltenen Sensor-Information und der Information über eine Ladungsgröße usw. der Hochspannungsbatterie 5, und wenn der Betrieb möglich ist, erfasst die Steuereinrichtung 4 eine Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 19.
  • Danach wird der Modus in den Betriebs-Modus 1 geschaltet, aber in dem Schaltmuster VII ist es erforderlich, den Motor/Generator 2 vor dem Umschalten des Modus in dem Betriebs-Modus 3 anzutreiben.
  • In dem Betriebs-Modus 3 gibt die Motor/Generator-Steuereinrichtung 4 einen dreiphasigen Wechselstrom-Befehlswert an den Wechselrichter 3 aus, um den Motor/Generator 2 als einen Motor anzutreiben. Als Antwort darauf konvertiert der Wechselrichter 3 den Gleichstrom der Hochspannungsbatterie 5 in einen dreiphasigen Wechselstrom und sendet ihn dann an den Motor/Generator 2.
  • Das Anlegen eines dreiphasigen Wechselstroms an den Motor/Generator 2 oder insbesondere an den Motor 10 erzeugt ein rotierendes magnetisches Feld in dem Stator 12, wodurch der Rotor 19 kontinuierlich rotiert wird, um seine Rotationsgeschwindigkeit auf einen Wert (der im Folgenden als die Soll-Rotationsgeschwindigkeit bezeichnet wird) zu erhöhen, der durch Multiplizieren der Rotationsgeschwindigkeit der Antriebs-/Abtriebswelle 64 mit dem Untersetzungsverhältnis „u" erhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt kann aufgrund der inhärenten Charakteristik des Planetengetriebemechanismus 60, da das Tellerrad 63 kontinuierlich rotiert, um seine Rotationsgeschwindigkeit auf Null zu verringern, vermieden werden, dass obiger Betrieb die Rotation der Antriebs-/Abtriebswelle 64 oder der Kurbelwelle 102 behindert.
  • In dem Betriebs-Modus 3 kann, da die Steuereinrichtung 4 für den Motor/Generator den Motor 10 derart steuert, dass die Rotationsge schwindigkeit des Rotors 19 von der Soll-Rotationsgeschwindigkeit nur geringfügig abweicht, die Rotation des Tellerrads 63 relativ reibungslos gestoppt oder seine Rotationsgeschwindigkeit auf Null angenähert werden.
  • Wenn der Betriebs-Modus 3 beendet ist, wird der Modus in den Betriebs-Modus 1 geschaltet. Der Betrieb des Betriebs-Modus 1 ist im Wesentlichen der gleiche wie der in Verbindung mit dem Schaltmuster II beschriebene Betrieb und deswegen wird dessen Erläuterung weggelassen.
  • Durch obige Funktionsweise kann die Einweg-Kupplung 69 in dem Betriebs-Modus 1 reibungslos durchgeführt und die Drehbeschleunigung der Kurbelwelle 102 auf einen kleinen Wert vermindert werden.
  • Der Betriebs-Modus des Motors/Generators 2 wird ergänzend erläutert.
  • In dem Betriebs-Modus 2 kann der Rotation des Verbrennungsmotors 101 durch die Antriebskraft des Motors 10 in dem Fahrmodus des Fahrzeugs 100 Energie zugeführt werden. Da dies eine größere gesamte Antriebskraft erzeugt, kann die Beschleunigungsleistung des Fahrzeugs 100 verbessert werden. Ferner können, da eine von dem Verbrennungsmotor 101 zu erzeugende Antriebskraft durch eine Größe, die der von dem Motor 10 erhaltenen Antriebskraft entspricht, auf einen geringen Wert vermindert werden kann, die Größe und das Gewicht des Verbrennungsmotors 101 verringert werden. Darüber hinaus kann, da die Antriebskraft des Verbrennungsmotors 101 mit hoher Geschwindigkeit durch die Antriebskraft des Motors 10 gesteuert werden kann, ein relativ hoher Effekt erhalten werden, zum Beispiel durch eine das Drehmoment nach unten steuernde Steuerung, Steuerung zur Reduzierung einer Drehmoment-Welligkeit des Verbrennungsmotors, usw. in einem Fahrzeug mit Automatik-Getriebe.
  • In dem Betriebs-Modus 4 wird die elektromagnetische Schaltkupplung 40 betätigt und somit wird der Planetengetriebemechanismus 60 nicht als Drehzahlreduzierer verwendet und die Antriebskraft der Antriebs-/Abtriebswelle 64 wird genauso an die Rotationswelle 20 übertragen. Aufgrunddessen kann die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 19 auf einen relativ geringen Wert vermindert werden, der durch Multiplizieren der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 102 mit dem Riemenscheibenverhältnis erhalten wird, wodurch eine stabile Erzeugung elektrischer Leistung ermöglicht wird.
  • In den Betriebs-Modi 2 und 4 sind die Übertragungswege der Antriebskräfte dieselben und somit können diese beiden Modi während der Fahrt des Fahrzeugs 100 unverzüglich umgeschaltet werden.
  • Im Folgenden wird die Schmierung des Planetengetriebemechanismus 60 beschrieben. Schmieröl ist im Inneren, d.h. einem von dem Gehäuse 65, einer Seitenplatte 66, zwei ringförmigen Dichtungen 71a, 71b und einer Dichtung 72 gebildeten Raum, des Planetengetriebemechanismus eingeschlossen, wodurch eine angemessene Schmierung realisiert werden kann.
  • Im Folgenden wird eine Kühlung des Motors 10 erläutert. In 3 ist ein Durchflussweg 24 für Kühlmittel innerhalb einer Wand des Motorgehäuses 11 ausgebildet, der mit Kühlmittel gefüllt ist. Der Durchflussweg 24 für Kühlmittel ist mit einem (nicht gezeigten) außen angebrachten Kühler verbunden, so dass eine (nicht gezeigte) Kühlmittelpumpe das Kühlmittel 25 zirkuliert. Mit einer derartigen Anordnung wird eine von der Stator-Wicklung 14 und dem Rotor 19 erzeugte Wärme über die Lager 22a, 22b, Halterungen 15, 16 und Mo torgehäuse 11 an das Kühlmittel 25 übertragen und darin aufgenommen, wodurch die Temperatur des Motors 10 im Wesentlichen konstant gehalten und zu allen Zeiten eine stabile Leistung erhalten werden kann.
  • Wenn das Motorgehäuse 11 durch Gießpressen geformt wird, kann der Durchflussweg 24 für Kühlmittel integral ausgebildet werden, wodurch er nicht mehr eingearbeitet werden muss.
  • Ferner ist der Rotor-Eisenkern 21 an seinen beiden Enden mit Ventilatoren 26 ausgestattet, so dass die Rotation des Rotors 19 eine Durchwirbelung der Luft in dem Motor 10 verursacht, wodurch zu eine verbesserten Kühlleistung beigetragen wird.
  • Wenn der Wechselrichter 3, die Steuereinrichtung 4 für den Motor/ Generator, usw. einer Fremdkühlung unterzogen werden sollen, werden wie in dem Motor 10 Durchflusswege für Kühlmittel um diese Vorrichtungen herum ausgebildet und der Kühler und die Kühlmittelpumpe werden zum Kühlen betrieben.
  • Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der elektrischen Maschine 1 gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 erläutert.
  • In 6 wird ein vertikaler Querschnitt des Motors/Generators 2 gezeigt, der einen Teil der elektrischen Maschine 1 des zweiten Ausführungsbeispiels bildet. In der Zeichnung werden dieselben Teile wie in 3 mit denselben Bezugsziffern oder Symbolen bezeichnet und deren Beschreibung wird weggelassen. Der Motor/Generator 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem in 3 gezeigten Motor/Generator 2 hauptsächlich darin, dass eine elektromagnetische Bremse 48 als eine Bremsvorrichtung vorgesehen ist, sich eine durchgehende Bohrung 73 in der Mitte der Antriebs-/Abtriebswelle 64 befindet und die Rotationswelle 20 in die Bohrung eingeführt ist, eine Riemenscheibe zum Antreiben von Hilfsvorrichtungen 82 an einem Ende der aus der Riemenscheibe 80 herausstehenden Rotationswelle 20 mittels der Befestigungsmutter 94 befestigt ist, und keine Einweg-Kupplung 69 vorgesehen ist.
  • Die elektromagnetische Bremse 48 ist derart ausgebildet, dass ein Kern 41a mit einer darum herumgewickelten Wicklung 42a über eine Befestigungsplatte 43a an einem Getriebegehäuse 31b befestigt ist, ein Anker 45a rotierbar mit einem konstanten Abstand zu dem Kern 41a angebracht ist und eine Blattfeder 46a an einer Endfläche des Ankers 45a mittels eines (nicht gezeigten) Befestigungsbolzens angebracht.
  • Die Seitenplatte 66 des Getriebes 30 ist mit dem Anker 45a über die Abstandshalter 47a, 47b und die Blattfeder 46a mittels der Befestigungsbolzen 93a, 93b befestigt, dass das Tellerrad 63 und der Anker 45a als eine Einheit rotieren können.
  • In dem Motor/Generator 2 des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird die elektromagnetische Bremse 48 derart betätigt, dass das Gehäuse 65, das mit dem Tellerrad 63 in Eingriff steht, blockiert wird und der Planetengetriebemechanismus 60 als ein Drehzahlreduzierer in dem Betriebs-Modus 1 wirkt. Genauer, wenn der elektromagnetischen Bremse 48 Strom zugeführt wird, um Spannung an die Wicklung 42a anzulegen, wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, so dass der Anker 45a gegen die Federkraft der Blattfeder 46a zu dem Kern 41a hingezogen wird, wodurch der Anker 45a blockiert wird. Als ein Ergebnis wird die an dem Anker 45a befestigte Seitenplatte 66 blockiert und das mit dem Gehäuse 65 im Eingriff stehende Tellerrad 63 wird blockiert.
  • Somit kann in allen Betriebs-Modi, außer in dem Modus 1, das Tellerrad 63 vorwärts und rückwärts rotiert werden. Somit kann, da die Rotations-Trägheit der Antriebs-/Abtriebswelle 64 relativ groß ist, auch wenn der Rotation des Tellerrads 63 in der Rückwärtsrichtung Energie zugeführt wird und sich der Verbrennungsmotor in seinem temporär abgeschalteten Zustand befindet, der Motor 10 als ein Motor betrieben werden, um die Rotationswelle 20 vorwärts zu rotieren. Als ein Ergebnis kann eine über einen Riemen 81a mit der Rotationswelle 20 verbundene (nicht gezeigte) Hilfsvorrichtung, wie ein Kompressor für eine Klimaanlage, eine Ölpumpe oder ähnliches, wie in dem Leerlaufzustand angetrieben werden. Dies ist von den Kosten her vorteilhaft, da kein weiterer Motor zum Antrieb der Hilfsvorrichtung vorgesehen werden muss.
  • In diesem Zusammenhang ist die Hilfsvorrichtung nicht auf obiges Beispiel begrenzt, sondern kann zum Beispiel auch eine Kühlmittelpumpe sein.
  • Wenn ferner das Gehäuse 65 festgestellt werden kann, kann die Anordnung der elektromagnetischen Bremse 48 willkürlich bestimmt werden.
  • Im Folgenden wird ein Hybrid-Fahrzeug als ein Beispiel eines Fahrzeugs mit eingebauter oben erwähnter elektrischer Maschine erläutert. Das Hybrid-Fahrzeug wird von der elektrischen Maschine und einem herkömmlichen Verbrennungsmotor angetrieben.
  • Bei Hybrid-Fahrzeugen sind ein Hybrid-Fahrzeug des Reihen-Typs, wobei ein Generator von einer Antriebskraft eines Verbrennungsmotors angetrieben wird, um eine Leistung zu erhalten, und die Leistung verwendet wird, um einen mit einer Achse verbundenen Motor anzutreiben und um das Fahrzeug zu bewegen, und ein Hybrid-Fahrzeug des Parallel-Typs bekannt, wobei ein Teil einer Rotationskraft eines Verbrennungsmotors verwendet wird, um eine Leistung und eine Antriebskraft eines Motors zu erhalten, und das Fahrzeug bewegt wird von sowohl der Antriebskraft des Motors als auch der Antriebskraft des Verbrennungsmotors, die mit einer Achse verbunden sind.
  • Zum Beispiel offenbart JP-A-0-132042 einen Verbrennungsmotor und zwei Motoren, die mit Wellen eines Planetengetriebemechanismus verbunden sind, um eine Antriebskraft gemäß den Lasten und Rotationsgeschwindigkeiten des Verbrennungsmotor und der Motoren zu verteilen.
  • Bei obigem Stand der Technik sind jedoch zwei der Motoren und ein Inverter zum Antrieb des Motors erforderlich und ferner muss eine Fahrzeugstruktur modifiziert werden, um den Planetengetriebemechanismus aufzunehmen, was unweigerlich zu höheren Kosten führt.
  • Um das zu vermeiden, wird ein System in Betracht gezogen, in dem ein Motor/Generator mit Motor- und Generator-Funktionen an einem Verbrennungsmotor angebracht ist und dessen Antriebs-/Abtriebswelle mit einer Kurbelwelle verbunden ist. Bei dieser Anordnung kann der einzelne Motor/Generator sowohl as Motor als auch als Generator benutzt werden, was hinsichtlich der Kosten gegenüber obigem Stand der Technik vorteilhaft ist.
  • Wenn der Motor/Generator eingesetzt ist, ist es vorzuziehen, dass ein Reduktionsgetriebe zwischen dem Motor/Generator und der Kurbelwelle vorgesehen wird, um ein unzureichendes Drehmoment zum Zeitpunkt des Anlassens des Verbrennungsmotors zu meistern. Jedoch hat das Reduktionsgetriebe das Problem, dass in dem Gene rator-Modus, in dem der Motor/Generator von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, die Rotationsgeschwindigkeit des Motors/Generators um eine Größe erhöht wird, die seinem Untersetzungsverhältnis entspricht.
  • Um dies zu vermeiden, ist es notwendig, dass das Reduktionsgetriebe zumindest in dem Generator-Modus deaktiviert wird, zu diesem Zweck kann eine wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gezeigte elektrische Maschine 1 angebracht werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Motor/Generator derart angeordnet, dass die Rotationswelle des Motors/Generators bei Funktionieren als Motor in dieselbe Richtung rotiert wird wie bei Funktionieren als Generator, oder dass die Rotationsrichtung des Rotors in dem Motor-Modus des Motors/Generators derart eingestellt wird, dass die Rotationsrichtung der mit der Rotationswelle verbundenen Antriebs-/Abtriebswelle des Getriebemechanismus in dem Generator-Modus des Motors/Generators in dieselbe Richtung rotiert wird. Als ein Ergebnis kann die Drehbeschleunigung der Kurbelwelle bei Betätigung der Kupplungseinheit relativ klein gehalten und ein verbesserter Fahrkomfort und Stabilität des Fahrzeugs kann sichergestellt werden.

Claims (11)

  1. Motor-/Generatorvorrichtung (1) für ein Fahrzeug (100), mit: einem Motor/Generator (2), der mit einer Kurbelwelle (102) eines Verbrennungsmotors (101) verbunden ist, und der als ein Motor (10) arbeitet, wenn der Verbrennungsmotor (101) gestartet wird, und der als ein Generator arbeitet, nachdem der Verbrennungsmotor (101) gestartet wurde; einem zwischen dem Motor/Generator (2) und der Kurbelwelle (102) vorgesehenen Getriebe (30) zum Umwandeln und Übertragen einer von dem Motor/Generator (2) erzeugten Antriebskraft an die Kurbelwelle (102) mit einem Untersetzungsverhältnis zwischen einer Antriebs-/Abtriebswelle (64) und einer Rotationswelle (20) des Motors/Generators (2) nicht kleiner als 1 oder zum Übertragen einer von der Kurbelwelle (102) erzeugten Antriebskraft an den Motor/Generator (2) mit einem Untersetzungsverhältnis zwischen der Antriebs-/Abtriebswelle (64) und der Rotationswelle (20) von 1; und einer Schalt-Vorrichtung (4, 40) zum Schalten des Motors/Generators (2) gemäß den Charakteristiken des Motors/Generators (2) und den Fahrbedingungen des Fahrzeugs (100) zwischen einem Motor-Modus, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird, und einem Generator-Modus, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet wurde, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schalten des Motors/Generators (2) zwischen dem Motor-Modus und dem Generator-Modus der Motor/Generator (2) und das Getriebe (30) auf einen Zwischenbetriebsmodus geschaltet werden, wobei der Motor/Generator (2) keinen Einfluss als eine Last auf die Antriebs-/Abtriebswelle (64) oder die Kurbelwelle (102) hat, und die Rotationswelle (20) derart rotiert, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Rotationswelle (20) die der Antriebs-/Abtriebswelle (64) erreicht.
  2. Motor-/Generatorgerät (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss des Motors/Generators (2) auf die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors zum Zeitpunkt der Änderung des Betriebsmodusses des Motors/Generators (2) minimiert ist, da ein Rotor (19), die Antriebs-/Abtriebswelle (64) und das Tellerrad (63) in allen Betriebsmodi des Motors/Generators (2) in dieselbe Richtung rotieren.
  3. Motor-/Generatorgerät (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationswelle (20) in dem Motor-Modus des Motors/Generators (2) in dieselbe Richtung rotiert wie die Rotationswelle (20) in dem Generator-Modus, oder dass der Rotor (19) in dem Motor-Modus des Motors/Generators (2) derart eingestellt wird, dass er in dieselbe Richtung wie die Antriebs-/Abtriebswelle (64) in dem Generator-Modus rotiert wird.
  4. Motor-/Generatorgerät (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (30) als eine Planetengetriebevorrichtung (60) vorgesehen ist, die umfasst ein in deren Zentrum vorgesehenes Sonnenrad (61), ein außerhalb des Sonnenrads (61) vorgesehenes Tellerrad (63), eine Vielzahl von mit dem Sonnenrad (61) und dem Tellerrad (63) im Eingriff stehenden Planetenrädern, und ein Planetenradträger (64) zum Führen der Vielzahl von Planetenrädern, wobei das Sonnenrad (61) auf der Rotationswelle (20) des Motors/Generators (2) angebracht ist, wobei der Planetenradträger (64) zur Ausgabe der Antriebskraft von dem Motor/Generator (2) an die Kurbelwelle (102) und zum Empfang einer Antriebskraft von der Kurbelwelle (102) an einer Antriebs-/Abtriebswelle (64) vorgesehen ist, eine Einweg-Kupplung (69) zum Verhindern, dass das Tellerrad (63) in die umgekehrte Richtung der Rotationswelle (20) des Motors/Generators (2) rotiert, und eine elektromagnetische Kupplung (40) als die Schalt-Vorrichtung vorgesehen ist, um einen Eingriff und ein Auskuppeln zwischen zumindest zwei Elementen aus dem Sonnenrad (61), dem Tellerrad (63) und dem Planetenradträger (64) derart durchzuführen, dass die drei einzelnen Zahnräder als eine einzige Einheit rotieren.
  5. Motor-/Generatorgerät (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Hochspannungsbatterie (5), um über die elektrische Maschine ein Aufladen und Entladen durchzuführen; eine Niederspannungsbatterie (6), um einer elektrischen Last des Fahrzeugs Strom zuzuführen; ein Wechselrichter (3), um ein Umrichten von Strom zwischen dem Motor/Generator und der Hochspannungsbatterie durchzuführen; und einen Gleichstrom-Wandler (7), um eine Spannungsumwandlung zwischen der Hochspannungsbatterie und der Niederspannungsbatterie durchzuführen.
  6. Motor-/Generatorgerät (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor/Generator (2) einen Stator (12) mit einer darum herumgewickelten Wicklung (14) und einen Rotor (19) mit einem an seiner Rotationswelle (20) angebrachten Eisenkern (21) umfasst, eine Planetengetriebevorrichtung (60) vorgesehen ist, um ein Planetenradträger (64) mit der Kurbelwelle (102) zu verbinden und ein Sonnenrad (61) mit der Rotationswelle (20) des Motors/Generators (2) gekoppelt ist, ein mit dem Tellerrad (63) der Planetengetriebevorrichtung (60) verbundenes Rotationselement (45) vorgesehen ist, um relativ zu dem Rotor (19) rotiert zu werden, und eine Kupplungs-Vorrichtung (40) vorgesehen ist, um einen Eingriff und ein Auskuppeln zwischen dem Rotationselement und dem Rotor (19) durchzuführen.
  7. Motor-/Generatorgerät (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bremsvorrichtung (48) vorgesehen ist, um das Rotationselement (45) freizugeben und zu blockieren, und eine Verbindungsvorrichtung (81a) zum Verbinden des Rotors (19) mit einer Hilfsvorrichtung des Fahrzeugs (100) vorgesehen ist, um eine Antriebskraft von dem Rotor (19) an die Hilfsvorrichtung zu übertragen.
  8. Motor-/Generatorgerät gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsvorrichtung ein Kompressor oder eine Ölpumpe ist.
  9. Motor-/Generatorgerät gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (48) betätigt wird, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  10. Motor-/Generatorgerät gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) bewirkt, dass die elektrische Maschine (2) vor der Betätigung der Kupplungs-Vorrichtung (40) als die elektrische Maschine angetrieben wird.
  11. Motor-/Generatorgerät (1) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Motor-/Generatorgerät (1) an einem Hybrid-Fahrzeug angebracht ist.
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