DE60026854T2

DE60026854T2 - Kontinuierlich veränderliches elektromagnetisches Getriebe

Info

Publication number: DE60026854T2
Application number: DE60026854T
Authority: DE
Inventors: Leszek Lisowski
Original assignee: Swatch Group Management Services AG
Current assignee: Swatch Group Management Services AG
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2007-03-15
Anticipated expiration: 2020-08-04
Also published as: DE60026854D1; WO2001013500A1; ATE321373T1; US6762523B1; ES2261227T3; EP1208633A1; KR20020026566A; JP2004500792A; EP1208633B1; EP1079505A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kontinuierlich veränderliches elektromagnetisches Getriebe, das eine dynamoelektrische Maschine des kollektorlosen Typs und mit axialem Fluss, die mit einer Antriebswelle und mit einer Abtriebswelle versehen ist, und Mittel für die Steuerung und die elektrische Versorgung mit veränderlicher Frequenz der Maschine umfasst, wobei die dynamoelektrische Maschine einen mit der Antriebswelle verbundenen ersten Rotor, einen mit der Abtriebswelle verbundenen zweiten Rotor und eine Statorbaugruppe umfasst, wobei die zwei Rotoren und die Statorbaugruppe durch scheibenförmige Elemente gebildet sind, wobei die Statorbaugruppe und wenigstens einer der Rotoren aktive Elemente besitzen, die jeweils mit Wicklungen versehen sind, die mit den Steuerungs- und Versorgungsmitteln verbunden sind und so beschaffen sind, dass sie mit dem anderen Rotor mittels des magnetischen Flusses über Luftspalte in Wechselwirkung stehen, wobei die Luftspalte axiale Luftspalte zwischen den jeweiligen scheibenförmigen Elementen der Rotoren und der Statorbaugruppe umfassen.
Die kontinuierlich veränderlichen elektromagnetischen Getriebe, die zwei Rotoren umfassen, die mit einem gemeinsamen Stator zusammenwirken, wurden bereits vor 1920 in der Form von Kollektormaschinen, im speziellen von Gleichstrommaschinen vorgeschlagen. Siehe zum Beispiel die Patente US 1 392 349 und 1 515 322 , die Maschinen mit axialem Fluss beschreiben, und das Patent US 1 493 853 , welches eine Maschine mit radialem Fluss beschreibt, die zwei konzentrische Rotoren im Inneren eines einzigen Stators besitzt. Allerdings haben diese Kollektormaschinen eine komplizierte Konstruktion und benötigen viel Wartung derart, dass sie keinen kommerziellen Erfolg erlangt haben.
Seit einigen Jahren besteht ein wachsendes Interesse an elektromagnetischen Getrieben dieser Art, weil der Fortschritt in der Leistungselektronik es erlaubt, die elektromagnetischen Getriebe mit einer variablen Frequenz zu versorgen, die in Abhängigkeit von den Geschwindigkeiten der jeweiligen Wellen und in Abhängigkeit der erwünschten Kraftflüsse festgelegt ist, und die elektromagnetischen Getriebe in der Form von kollektorlosen Maschinen, beispielsweise von synchronen Maschinen mit Permanentmagneten, zu realisieren.
Die Patentanmeldungen GB 2 278 242 , EP 0725 474 , EP 0 771 687 , EP 0 828 340 und EP 0 866 544 beschreiben verschiedene Konfigurationen von kontinuierlich veränderlichen Getrieben dieser Art vom Typ mit radialem Feld, das heisst, dass die Rotoren und die Statoren eine im wesentlichen zylindrische Form aufweisen. Die zwei Rotoren und der Stator können also konzentrisch sein derart, dass das magnetische Feld radial durch die zwei zylindrischen Luftspalte, die die drei Elemente trennen, verläuft. Diese Konfiguration macht die dynamoelektrische Maschine kompakt genug, jedoch erzeugt sie Schwierigkeiten hinsichtlich des Erhalts einer präzisen Position der drei Elemente, jeweils des einen in Bezug auf das andere, der mehrphasigen elektrischen Verbindung des inneren Rotors und vor allem der Kühlung der beiden Rotoren.
Die Patentanmeldungen EP 0 798 844 und WO 99/39426 beschreiben kontinuierlich veränderliche Getriebe der vorher beschriebenen Art des Typs mit axialem Feld, das heisst, dass die Elemente des Rotors und der Statorbaugruppe eine im wesentlichen scheibenförmige Form aufweisen. Die Verwendung von scheibenförmigen Elementen ermöglicht insbesondere einen bequemen Zugang auf das Niveau jeder Abtriebswelle des Stators, was es erlaubt, einfach elektrische Versorgungsverbindungen auf Drehringen, die an der Welle befestigt sind, zu realisieren, um die Verteilung eines Kühlfluids bis an das Herz der Maschine sicherzustellen. Weiterhin erlaubt die scheibenförmige Form der Elemente eine große Dimensions- und Anordnungsfreiheit der Elemente, beispielsweise im Gruppieren einer Vielzahl von modularen Elementen auf einer selben Welle, um die Leistung der Maschine zu vergrössern, oder in der Verwendung von Elementen mit unterschiedlichen Durchmessern oder verschiedenen Typs in derselben Maschine.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein elektromagnetisches Getriebe mit axialem Fluss und scheibenförmige Elemente derart zu perfektionieren, dass ihre Funktionsbedingungen verbessert und damit die Gebrauchsmöglichkeiten erweitert werden.
Dadurch betrifft die vorliegenden Erfindung ein elektromagnetisches Getriebe der Art, wie vorhergehend beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass es Verlagerungsmittel umfasst, um wenigstens eines der scheibenförmigen Elemente axial zu verlagern, um die Größe des axialen Luftspalts zwischen diesem Element und einem benachbarten scheibenförmigen Element zu modifizieren.
Die Möglichkeit, die Grösse eines Luftspalts durch eine axiale Verlagerung eines scheibenförmigen Elementes variieren zu können, erlaubt es, eine Regulierung des magnetischen Feldes als Funktion der gewünschten Betriebsbedingungen zu realisieren, was den Geschwindigkeitsbereich vergrößert und es erlaubt, den Betrieb der Maschine zu optimieren. Das ist mit Rotoren der zylindrischen Form praktisch unmöglich. Andererseits erlaubt die scheibenförmige Form der Elemente der Rotoren durch axiale Verlagerung eines oder mehrerer Elemente eine mechanische Kupplung direkt zwischen den Rotoren zu realisieren, um durch Steuerung ein direktes Eingreifen zwischen der Antriebs- und Abtriebswelle zu erzeugen, ohne eine gesonderte Kupplung hinzuzufügen zu müssen, wie dies im Dokument EP 0 866 544 im Fall einer Maschine mit zylindrischer Konfiguration vorgesehen ist. Diese Kupplung kann vorteilhafterweise die Verlagerungsmittel verwenden, die vorgesehen sind, um die Größe eines Luftspalts zu modifizieren.
Die Charakteristiken und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung von verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen sichtbar, die sämtlich beispielhaft und nicht einschränkend mit Bezug auf die beigefügten Figuren dargestellt sind, in denen
1 schematisch ein Bauteil eines Hybridantriebs für ein Automobil darstellt, das ein kontinuierlich veränderliches elektromagnetisches Getriebe nach der vorliegenden Erfindung umfasst,
2 perspektivisch eine teilweise Schnittansicht verschiedener Typen von scheibenförmigen Elementen darstellt, die in einem elektromagnetischen Getriebe nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden können,
3 bis 7 schematisch in axialem Schnitt verschiedene von vielen mögliche Kombinationen der scheibenförmigen Elemente in einem elektromagnetischen Getriebe nach der vorliegenden Erfindung darstellen,
8 schematisch in axialem Schnitt eine bestimmte Ausführungsform eines Teils der dynamoelektrischen Maschine, die Verlagerungsmittel zum Modifizieren von Luftspalten zwischen den Elementen der zwei Rotoren, umfasst, darstellt,
9 schematisch in axialem Schnitt eine andere bestimmte Form der Realisation eines Teils der dynamoelektrischen Maschine, die Mittel zum Kuppeln zum Verbinden des ersten und zweiten Rotors bei der Rotation umfasst, darstellt,
10 und 11 zwei Varianten der Verlagerungsmittel mit zu 8 analogen Rotorelementen darstellen und
12 einen Nocken des in 11 gezeigten Mechanismus darstellt.
In dem Hybridantriebssystem, das in 1 gezeigt ist, treibt eine Wärmekraftmaschine 1, beispielsweise ein Verbrennungsmotor (ICE), direkt die Antriebswelle 2 eines kontinuierlich veränderlichen elektromagnetischen Getriebes 3 an, wobei die Abtriebswelle 4 über ein Differential 5 die Räder 6 eines oder mehrerer Antriebsachsen eines Fahrzeugs antreibt. Für das Verständnis des Funktionierens der dynamoelektrischen Maschine 3 kann man in Betracht ziehen, dass sie zwei Teile 10 und 11 umfasst, die jeweils eine elektrische Maschine ohne Kollektor darstellen können, die als Motor oder als Generator wirken können. Der erste Teil 10 umfasst einen ersten Rotor 12, der mit der Antriebswelle 2 verbunden ist, und ein Rotorelement 13, das mit der Abtriebswelle 4 verbunden ist und Teil eines zweiten Rotors 15 ist, der den beiden Teilen 10 und 11 des Teils 3 gemein ist.
Der zweite Teil 11 der Maschine 3 umfasst einen Stator 16, der im vorliegenden Fall mit zwei Rotorelementen 17 und 18, die mit der Abtriebswelle 4 verbunden sind, zusammenwirkt. Alle Rotor- und Statorelemente 12, 13, 16, 17 und 18 sind scheibenförmige Elemente und weisen zwischen sich Luftspalte auf, die sich in der radialen Ebene aufspannen und in denen der magnetische Fluss eine axiale Richtung aufweist. Allerdings ist es nicht ausgeschlossen, dass der Fluss in bestimmten Teilen der Maschine eine radiale Richtung aufweist, beispielsweise in dem Umfangsluftspalt zwischen den Elementen 12 und 13, wie später beschrieben wird.
In 1 sind mit fetten Linien die scheibenförmigen Elemente, die aktiv sind, gezeigt, das heisst, diejenigen die mit Steuerungs- und Versorgungsmitteln 20 verbundene Wicklungen umfassen, während die reaktiven Elemente wie 13, 17 und 18 durch schmale Linien dargestellt sind. Die Steuerungs- und Versorgungsmittel sind sehr schematisch in der Zeichnung in Form einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 21 dargestellt, die an eine Akkumulatorbatterie 22 angeschlossen ist. Diese Mittel sind hier nicht im Detail beschrieben, weil sie in bekannter Weise realisiert werden können. Der Leser kann sich in diesem Punkt insbesondere auf die europäischen Patentanmeldungen, die oben beschrieben sind, beziehen. Man stellt fest, dass die Einheit 21 bevorzugt zwei mehrphasige Gleichstrom/Wechselstrom-Umwandler umfasst, die miteinander und mit der Batterie 22 durch ein Gleichstrom-Stromnetz verbunden sind, wobei einer der Umwandler mit dem ersten Rotor 12 durch eine mehrphasige Verbindung 23 und eine Kontaktring-Vorrichtung 24 verbunden ist, die auf diesem Rotor oder auf der Antriebswelle 2 angeordnet ist, während der zweite Umwandler durch eine mehrphasige Verbindung 25 mit dem Stator 16 verbunden ist.
In Anbetracht der Tatsache, dass die zwei aktiven Elemente (der erste Rotor 12 und der Stator 16 im Beispiel der 1) in zwei Zuständen funktionieren können, in einem Motorzustand und einem Generatorzustand, und dass sie zwei Umwandlern mit regelbarer Frequenz und Amplitude und einer Batterie entsprechen, ist es möglich, die Versorgung der aktiven Elemente mittels Umwandlern in geeigneter Art zu steuern, um gewünschte Geschwindigkeitsunterschiede zwischen den Rotoren und dem Stator zu erhalten, und den Energieaustausch zwischen der Antriebs- und Abtriebswelle in den zwei Richtungen einfach zu realisieren und zu optimieren. Diese Feststellung rechtfertigt die Bezeichnung "kontinuierlich veränderlich" des Getriebes gemäss der Erfindung.
Der erste Teil 10 der Maschine ist dazu geeignet, die Abtriebswelle 4 in der zu der Antriebswelle 2 entgegengesetzten Richtung zu drehen, um das Fahrzeug nach hinten in Bewegung zu setzen, dank einer geeigneten Sequenz der elektrischen Versorgungsphasen. Er kann weiterhin als Starter dienen, um den Motor 1 zu starten, und als elektromagnetische Kupplung, um mit dem Fahrzeug anzufahren, während der zweite Teil 11 als ein rein elektrischer Antrieb dienen kann, wenn der Motor 1 stillsteht.
Die Anzahl der Phasen ist größer oder gleich zwei und sie ist vorzugsweise gleich drei.
Man wird feststellen, dass jeder der beiden Teile 10 und 11 der Maschine wahlweise Permanentmagneten des asynchronen oder des synchronen Typs sein können. Jeder dieser kann eine Anzahl irgendwelcher scheibenförmigen Elemente umfassen, in Funktion der verfügbaren Dimensionen bezüglich des Durchmessers und der axialen Länge der Maschine 3.
Auf der anderen Seite ist es wichtig zu erwähnen, dass die beiden Teile 10 und 11 der Maschine 3 in Wirklichkeit eng gruppiert sein können derart, dass der magnetische Fluss sie axial von einem zum anderen Ende der Maschine durchströmt.
Es sei außerdem erwähnt, dass die mehrphasige Verbindung 23 über der Abtriebswelle 4 an den Ort der Antriebswelle 2, oder an den Ort des ersten Rotors 12, wenn es das Element 13 ist, welches aktiv ist, verlaufen kann.
2 stellt verschiedene Typen A bis J scheibenförmiger Elemente dar, die zur Ausbildung der Rotoren 12 und 15 und des Stators 16, die oben definiert worden sind, verwendet werden können. Jeder Rotor oder Stator kann je nach Fall eines oder mehrere dieser Elemente desselben Typs oder unterschiedlicher Typen umfassen. Die Elemente der Typen A, B und C sind die aktiven Elemente, während die der Typen D bis J die reaktiven Elemente sind.
Das Element des Typs A umfasst einen ringförmigen ferromagnetischen Kern 30, der zwei mehrphasige Spulen 31 und 32 umfaßt, die sich jeweils in einer radialen Ebene befinden, das heisst rechtwinklig zur Rotationsachse der Maschine. Die Wicklungen der Spulen 31 und 32 sind aus Windungen ausgebildet, deren Teilstücke der aktiven Leiter durch die radialen Kerben des Kerns 30 laufen, wobei die Kerben seitlich geschlossen sind oder nicht.
Das Element des Typs B ist ähnlich dem des Typs A, jedoch trägt es nur eine Spule 31.
Das Element des Typs C umfasst einen Kern 34, der ferromagnetisch sein kann oder nicht. Auf dem Kern können zwei Arten von Spulen ausgebildet sein, wahlweise eine Spule 35, deren Windungen sich in einer axialen Ebene befinden, oder eine Spule 36 mit abgeschrägten bzw. schrägen Windungen, deren zwei radiale Seiten zu einem polaren Wicklungsschritt verschoben sind.
Die Elemente des Typs D, E und F sind Elemente aus Permanentmagneten des synchronen Typs. Ihr Kern kann ferromagnetisch sein oder nicht.
Das Element des Typs D umfasst einen Kern 38 auf den zwei Flächen, die in kreisförmigen Reihen der Permanentmagneten 39 und 40 befestigt sind. Im Gegensatz dazu wird beim Element des Typs E der Kern 42 von den Permanentmagneten 43 durchströmt. Im Fall des Typs F trägt der Kern 44 die Permanentmagneten 45 auf einer einzigen seiner Seiten. Ein derartiges Element wird mit einem ferromagnetischen Kern verwendet, wenn es die Feldlinien am Ende der Linien schliessen soll. Wenn dagegen sein Kern nicht ferromagnetisch ist, wird es einfach axial vom magnetischen Fluss durchströmt.
Das Element des Typs G ist durch eine einfache ferromagnetische Scheibe 46 ausgebildet, die dazu dient, die Feldlinien in Umfangsrichtung zu schliessen oder den magnetischen Fluss axial zwischen den zwei anderen scheibenförmigen Elementen passieren zu lassen.
Die Elemente des Typs H und I sind vom asynchronen Typ. Im H-Typ trägt ein ferromagnetischer Kern 48 auf jeder seiner Seiten eine leitende Schicht 49, 50, beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer, um eine Induktion hervorzurufen. Ein Element des gleichen Typs (nicht gezeigt) kann ausschließlich auf einer seiner Seiten eine leitende Schicht umfassen.
Das Element des Typs I hat einen ferromagnetischen Kern 52, der eine überbrückte bzw. kurzgeschlossene Spule 52 trägt, oder genauer zwei dieser Spulen 53 und 54 im vorliegenden Fall. Jede Spule 53, 54 ist in einer radialen Ebene angeordnet und durchdringt den Kern 52 in den radialen Kerben, die offen oder geschlossen sein können. Das Element des Typs I ist vorzugsweise in einem einzigen Gehäuse, wenn es sich um ein Endelement handelt, um die Feldlinien zu schliessen, und vorzugsweise in einem Doppelgehäuse, wenn der magnetische Fluss es axial durchdringt.
Das Element des Typs J ist ein scheibenförmiges Element mit einem Profil wie ein C, das heisst, dass sein Kern zwei ringförmige Scheiben 56 und 57 umfasst, verbunden durch ein rohrförmiges Stück 58. Man bemerkt, dass das Profil wie ein C nach innen hin offen sein kann, wie in 2 gezeigt, oder nach aussen hin, um eine ringförmige Scheibe mit grösserem Durchmesser einzurahmen. Jedes der drei Teile 56 bis 58 des Kerns ist an der Innenseite des Profils wie ein C bedeckt mit Permanentmagneten 60, 61 und 62, um ein Element des synchronen Typs auszubilden. Allerdings kann dieses Element in der asynchronen Form verstanden werden, indem die Magneten 60 bis 62 durch leitende Schichten analog zu den leitenden Schichten 49 und 50 des Elements des Typs H ersetzt werden.
Die 3 bis 7 zeigen verschiedene Beispiele von Möglichkeiten, bestimmte scheibenförmige Elemente, wie in 2 dargestellt, in einer dynamoelektrischen Maschine, wie in 1 dargestellt, zu kombinieren.
Gemäss 3 umfasst der erste Rotor, der mit der Antriebswelle 2 verbunden ist, ein aktives Element vom Typ A oder C. Der Stator 16 umfasst außerdem ein aktives Element des Typs A oder C. Der Rotor 15, der mit der Abtriebswelle 4 verbunden ist, ist aus reaktiven Elementen gebildet, die ein zentrales Element 64, das durch den Fluss zwischen dem Stator 16 und dem ersten Rotor 12 durchströmt wird, und zwei Endelemente 65 und 66, versehen mit einem ferromagnetischen Kern, um die Feldlinien zu schließen, umfassen. In einer asynchronen Version kann das Element 64 vom Typ I sein und die Elemente 65 und 66 vom einseitigen Typ H. In einer synchronen Version kann das Element 64 vom Typ D oder E und die Elemente 65 und 66 vom Typ F mit ferromagnetischem Kern sein.
Gemäss 4 ist der Stator 16 auch durch ein aktives Element vom Typ A oder C gebildet, eingerahmt durch zwei reaktive Elemente 68 und 69, die Teil des zweiten Rotors 15 sind und magnetische Kerne zum Schliessen der Feldlinien haben. Diese Elemente können im asynchronen Fall vom einseitigen Typ H sein oder im synchronen Fall vom Typ F. Das andere aktive Element ist ein Element 70 vom Typ A oder C, zugehörig zum zweiten Rotor 15 und eingerahmt durch zwei Elemente 71 und 72 des ersten Rotors 12. Diese Letzteren können von einem der obengenannten Typen für die Elemente 68 und 69 sein.
Die Anordnung nach 5 ist ähnlich der in 3, ausser dass die Funktionen der zwei Wellen 2 und 4 und der zwei Rotoren 12 und 15 umgedreht sind. Die scheibenförmigen Elemente können deshalb dieselben wie in 3 sein.
Gemäss 6 ist der Stator 16 immer wie in den vorangenannten Beispielen ausgebildet, während das andere aktive Element 74 Teil des zweiten Rotors 15 ist und vom Typ B sein kann. Der erste Rotor 12 umfasst ein zentrales Element 75, das vom Fluss zwischen dem Strator und dem Element 74 durchdrungen wird, und ein Endelement 76. Diese Elemente 75 und 76 können von den gleichen Typen sein, wie die Elemente 64 und 65, die in 3 gezeigt sind.
Schließlich sind im Beispiel von 7 der Stator 16 und der erste Rotor 12 jeweils durch ein aktives Endelement vom Typ B gebildet und der zweite Rotor, der zwischen diesen angeordnet ist, ist aus einem reaktiven Element, das axial vom Fluss durchdrungen wird, gebildet, im besonderen vom Typ E oder I, oder legiert mit einem ferromagnetischen Kern zum Schließen der Feldlinien, im besonderen vom Typ D oder H.
In der speziellen Ausführungsform, die in 8 gezeigt ist, umfasst der erste Rotor 12 ein scheibenförmiges aktives Element 80, das an der Antriebswelle 2 befestigt ist und symmetrisch durch zwei reaktive scheibenförmige Elemente 81 und 82 des zweiten Rotors 15 eingerahmt ist, wobei man die Elemente axial verlagern kann, wie es die Pfeile anzeigen. Die Abtriebswelle 4 ist mit einem zentralen Träger 84 versehen, der Lager 85 umfasst, in welchen zwei oder eine Vielzahl axialer Schrauben 86 in einer frei rotierbaren Weise montiert sind. Die Schrauben 86 haben auf der einen und der anderen Seite ihres Lagers 85 Gewinde in entgegengesetzter Richtung, die in Gewindelöchern der zwei Elemente 81 und 82 in Eingriff sind, um diese zu tragen und um ihren Abstand festzulegen, der symmetrisch durch eine synchrone Rotation der Schrauben variiert werden kann. In diesem Fall ist die Welle 4 mit einem kleinen elektrischen Motor 87 versehen, der ein zentrales Zahnrad 88 antreibt, welches die Ritzel antreibt, die auf den Schrauben 86 befestigt sind.
Besonders dann, wenn die reaktiven scheibenförmigen Elemente 81 und 82 vom Typ der Permanentmagneten sind, hat ihre symmetrische Anordnung im Verhältnis zum Element 80 den Vorteil des Ausgleichs der großen axialen Kräfte, die durch diesen Magneten bedingt sind. Diese Kräfte werden einfach durch die Schrauben 86 absorbiert.
Dank dieses Mechanismus, der durch eine elektronische Steuereinheit des Getriebes, wie die Einheit 21, die in 1 gezeigt ist, gesteuert werden kann, ist es möglich, vorteilhafterweise eine Regulierung des magnetischen Feldes durch die Variation der Größe der symmetrischen Luftspalte 90 und 91 zwischen dem Element 80 und den reaktiven Elementen 81 und 82 zu erzeugen. Es ist also vorteilhaft, eine geringe Größe des Luftspalts mit geringen Geschwindigkeiten zu halten und so erhöhte Werte des Feldes und der induzierten Spannung zu erhalten, also einen reduzierten Wert des Stroms für ein gegebenes Paar, wenn die Maschine in der Motorart oder in der Generatorart arbeitet. Bei weiter erhöhten Geschwindigkeiten greift die Regulierung durch Vergrößerung der Größe des Luftspalts ein, schrittweise oder durch Lager, zum Abschwächen des Feldes und der induzierten Spannung, um eine ausreichende Differenz zwischen dieser und der Versorgungsspannung der Wicklungen zu halten. Diese Regulierung wirkt auch in der Art, wie sie für die Versorgung durch die Umwandler in der Steuereinheit 21, gezeigt in 1, bekannt ist. Durch das Kontrollieren der Differenz zwischen der Versorgungsspannung und der induzierten Spannung wird es demnach möglich, die Effizienz der Baueinheit, gebildet durch das Getriebe 3 und die Umwandler der Steuereinheit 21, zu optimieren.
Eine derartige Regulierung hat ferner den Vorteil, den Betrieb der Maschine an den Zustand der Batterie 22 anzupassen, deren Gleichspannung bemerkenswert variiert. Beispielsweise, wenn die Spannung der Batterie und folglich die Versorgungsspannung der Maschine niedrig ist, erlaubt das Abschwächen des Feldes bei erhöhten Geschwindigkeiten zu verhindern, dass die induzierte Spannung gleich der Versorgungsspannung ist oder diese übersteigt, so dass die Maschine trotzdem in jedem Bereich der Geschwindigkeiten arbeitet, für die sie vorgesehen ist.
Wenn das hier beschriebene Beispiel die Interaktion zwischen den Elementen der beiden Rotoren betrifft, wird es am ersten Teil 10 der Maschine verwendet, gezeigt in 1, aber ein Mechanismus der gleichen Art kann auch im zweiten Teil 11 der Maschine vorgesehen sein, indem er im Stator oder im zweiten Rotor vorkommt.
Weiterhin erlaubt derselbe Mechanismus, mechanisch (durch Reibung oder durch positive bzw. aktive Art) die zwei Rotoren durch Festklemmen des Elements 80 zwischen den Elementen 81 und 82 zu koppeln, um das Moment der Antriebsachse 2 an die Abtriebsache 4 durch Eingriff zu übergeben oder umgekehrt. Vorher war die elektrische Versorgung des aktiven Elements bei einer Null-Frequenz, um die Geschwindigkeiten der zwei Rotoren zu synchronisieren. Diese Synchronisation kann erfolgen, während das Getriebe unter Last arbeitet. In dem in 8 gezeigten Beispiel wird das Koppeln durch Reibung bewirkt, und zu diesem Zweck umfassen die einander zugewandten Flächen der scheibenförmigen Elemente 80, 81, und 82 vorteilhafterweise Reibbeläge 99 in den Luftspalten 90 und 91.
Ein anderes direktes Kopplungsmittel zwischen den zwei Rotoren 12 und 15 durch ein positives Zusammenfügen ist in 9 schematisch gezeigt. In diesem Beispiel trägt das scheibenförmige Element 81 des zweiten Rotors 15 eine Vielzahl von Schäften 93, die geeignet sind, axial in diesem Element jeweils unter der Wirkung von Elektro-Magneten 94 zu gleiten, um in den Löchern 95 des ersten Rotors 12 in der Weise einer formschlüssigen Kupplung in Eingriff zu stehen. Um die Zeichnung zu vereinfachen, ist der obere Schaft in Eingriff stehend dargestellt, während der andere es nicht ist, aber es ist klar, dass sie in Wirklichkeit die gleiche Position zur gleichen Zeit haben. Hier wurde auch die elektrische Versorgung des aktiven Elements 80 zuerst bei einer Null-Frequenz durchgeführt, um die Geschwindigkeiten der beiden Rotoren vor dem Zusammenfügen zu synchronisieren. Ein derartiges positives Zusammenfügen kann in die Struktur nach 8 eingefügt sein, wenn beabsichtigt ist, ein Zusammenfügen durch Reibung zu vermeiden.
10 zeigt eine Variante der Verlagerungsmittel, die in 8 gezeigt sind, wobei die exzentrischen axialen Schrauben 86 durch eine einzige axiale Schraube, gleich 86 und ausgerichtet mit der Abtriebswelle 4 und in Rotation gebracht direkt durch den elektrischen Steuermotor 87, ausgetauscht ist. Die mobilen scheibenförmigen Elemente 81 und 82 werden nicht transversal durch die Schraube getragen, sondern durch einen zentralen Träger 10 in Form eines Rahmens, der an der Welle 4 befestigt ist, wobei dieser Träger zwei Flansche 101 und 102 und eine Vielzahl von longitudinalen Bolzen 103 umfasst, die die Elemente 81 und 82 in einer verschiebbaren Art durchqueren und tragen. Der Flansch 101 ist an der Welle 4 befestigt und trägt den Motor 87, wobei die Welle mit der Schraube 86 verbunden ist. Der andere Flansch 102 trägt das andere Ende der Schraube 86 und kann sich vorteilhafterweise auf der Antriebswelle 2 über ein Lager 104 abstützen. Dieser Mechanismus funktioniert wie der in 8 beschriebene.
In der Variante der 11 und 12 ist der Schraubmechanismus der 10 durch einen Mechanismus mit auf dem Träger 100 befestigtem Nocken 110 ausgetauscht. Mehrere identische Nocken 110, vorteilhaft wenigstens drei aus Gründen der Stabilität der scheibenförmigen Elemente, sind zwischen die mobilen scheibenförmigen Elemente 81 und 82 eingefügt, welche durch die großen Kräfte der Anziehung F ihrer Permanentmagneten gegen die Nocken gepresst gehalten werden derart, dass die Nocken ihren Abstand bestimmen. Jeder Nocken 110 ist an einer individuellen radialen Welle 111, die mit einem konischen Ritzel versehen ist, befestigt. Die Position und die synchronisierte Rotation der Nocken werden durch den elektrischen Motor 87 gesteuert, der gesamt alle Ritzel 112 mittels eines konischen zentralen Ritzels 113 antreibt. Dieser Mechanismus funktioniert wie der in 8 gezeigte. Die magnetischen Anziehungskräfte F werden so vergrößert, dass sie ein Zusammenfügen mittels Reibung ohne Risiko des Gleitens zwischen dem Element 80 und den Elementen 81 und 82 ermöglichen.
In Bezug auf 1, wird weiterhin bemerkt, dass der erste Teil 10 der Maschine als elektrischer Starter für den Motor 1 dienen kann, wenn die Abtriebswelle 4 blockiert ist. Diese Blockierung kann entweder durch die Räder 6 oder durch eine Parkbremse auf der Welle 4 oder durch das Differential 5, oder durch ein Blockieren des zweiten Teils 11 der Maschine durch Versorgung mit einer Null-Frequenz oder in mechanischer Weise mit einem der Verlagerungsmittel, wie in den 8 bis 11 beschrieben, erzielt werden.

Claims

Kontinuierlich veränderliches elektromagnetisches Getriebe, das eine dynamoelektrische Maschine (3) des kollektorlosen Typs und mit axialem Fluss, die mit einer Antriebswelle (2) und mit einer Abtriebswelle (4) versehen ist, und Mittel (20) für die Steuerung und die elektrische Versorgung mit veränderlicher Frequenz der Maschine umfasst, wobei die dynamoelektrische Maschine einen mit der Antriebswelle verbundenen ersten Rotor (12), einen mit der Abtriebswelle verbundenen zweiten Rotor (15) und eine Statorbaugruppe (16) umfasst, wobei die zwei Rotoren und die Statorbaugruppe durch scheibenförmige Elemente (A–J) gebildet sind, wobei die Statorbaugruppe und wenigstens einer der Rotoren aktive Elemente besitzen, die jeweils mit Wicklungen versehen sind, die mit den Steuerungs- und Versorgungsmitteln verbunden und so beschaffen sind, dass sie mit dem anderen Rotor mittels des magnetischen Flusses über Luftspalte in Wechselwirkung stehen, wobei die Luftspalte axiale Luftspalte zwischen den jeweiligen scheibenförmigen Elementen der Rotoren und der Statorbaugruppe umfassen, wobei das Getriebe dadurch gekennzeichnet ist, dass es Verlagerungsmittel (84–89; 110–113) umfasst, um wenigstens eines (81, 82) der scheibenförmigen Elemente axial zu verlagern, um die Breite des axialen Luftspalts (90, 91) zwischen diesem Element und einem benachbarten scheibenförmigen Element (80) zu modifizieren.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenförmigen Elemente wenigstens ein reaktives Element umfassen.
Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Element ein Element des synchronen Typs mit Permanentmagneten ist.
Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das reaktive Element ein Element des asynchronen Typs ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Rotor und/oder die Statorbaugruppe wenigstens zwei scheibenförmige Elemente umfassen.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerungsmittel einen Axialschraubenmechanismus (86) umfassen, der durch einen Elektromotor (87) rotatorisch angetrieben wird.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlagerungsmittel einen Nockenmechanismus (110–113) umfassen, der durch einen Elektromotor (87) angetrieben wird.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Kopplungsmittel (93–95; 99) umfasst, um ein scheibenförmiges Element des ersten Rotors (12) mit einem scheibenförmigen Element des zweiten Rotors (15) rotatorisch mechanisch zu verbinden.
Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmittel die Verlagerungsmittel (84–89; 110–113) umfassen, wobei die Verbindung zwischen den zwei Rotoren durch Kontakt der jeweiligen scheibenförmigen Elemente (80–82) des ersten und des zweiten Rotors verwirklicht ist.
Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsmittel Reibbeläge (99) aufweisen, die auf den einander zugewandten Flächen der jeweiligen scheibenförmigen Elemente (80–82) des ersten und des zweiten Rotors angeordnet sind.