DE8914904U1

DE8914904U1 - Vorrichtung zum Anlassen/Starten eines Motors und zur Stromerzeugung unter Verwendung einer Permanentsynchronmaschine

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Publication number: DE8914904U1
Application number: DE8914904U
Authority: DE
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1990-02-15
Anticipated expiration: 1999-12-20

Description

12646.5-RD-17573

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., VStA

Vorrichtung zum Anlassen/Starten eines Motors und zur Stromerzeugung unter Verwendung einer Permanentmagnetsynchronmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft sine Starter-" vorrichtung für eine Kraftmaschine wie Verbrennungsmotoren oder auch GasturbineRstrahl» oder -düsentrietvwerke. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Startervorrichtung, die einen Start- bzw. Anlaßmotor aufweist &rgr; der al,> Wechselstromgenerator arbeitet, w venn dar Motor bzw. die kraftmaschine einmal gestartet

angelassen oder angefahren vvrden ,sind.

Die Anzahl elektrisch angetriebener Ausstattungs- und Betätigungseinheiten in Motorfahrzeugen und Luftfahrzeugen hat stetig zugenommen. Die elektrische Steuerung der Lpiegeleinstellung, die elektrische Aus- und Einfahrung von Antennen und die elektrische Verriegelung von Kofferraumklappen sind nur einige Beispiele, die in den letzten Jahren in einigen Kraftfahrzeugkonstruktionen verwirklicht wurden. Relativ hohe Leistungspegel wurden von einigen elektrischen Ausstattungsmerkmalen gefordert, wie beispielsweise einer elektrischen Einstellung des Fahrersitzes, der elektrischen Heizung des Fahrersitzes, der elektrischen Servolenkung und zukünftiger elektrisch angetriebener Verdichter für Klimaanlagen. Auslegungsziele für Motorfahrzeuge und Luftfahrzeuge sind verbesserte Wirkungsgrade, Zuverlässigkeit, Herabsetzung des Gewichts und die Möglichkeit der Diagnose, wobei in diesen Fahrzeugen zunehmend rechnergesteuerte Einheiten verwendet werden, die solche Verbesserungen erleichtern. Die zunehmende Benutzung elektrisch angetriebener Ausstattungseinrichtungen und Betatigungseinheiten resultierte in größeren Anforderungen an die Erzeugung

LsiBtüxig im Fahrzeug uZw« &&Pgr; Bord uer

Flugzeuge.

Gebräuchliche Verbrennungsmotoren oder Gasturbinen- § düsentriebwerke enthalten einen Gleichstrommotor, der

% eis Starter arbeitst, und einen separaten Gleichstrom-

&Iacgr; generator oder Wechselstromgenerator. (Im folgenden

1 5 wird das Wort "Generator" so-wobl zur Kennzeichnung f eines Wechsel- als auch Gleichstromgenerators verwendet.

Der Wechselstromgenerator wird als solcher stets explizit benannt, wobei .er auf das englische Wort "alternator" zurückgeht.) Der Startermotor wird typi-10 scherweise über einen durch ein Solenoid betätigten

Hochstromschalter aus einer Batterie gespeist. Um das I O für den Start der Kraftmaschinendrehung nötige hohe I Drehmoment zu erzeugen, wird über einen Getriebezug

I mit hohem Übersetzungsverhältnis (typischerweise 10:1

I 15 bis 15:1) eine mulxiplikative Drehmomentverstärkung oder auch kurz Drehmomentmultiplikation geliefert. Während des Anlassens von Automobilen oder anderen Motorfahrzeugen greift eine kleine Getriebeeinrichtung <k auf dem Starter über einen Bendix-Anlasser in eine I 20 größere Getriebeeinrichtung ein, die auf dem Umfang I des Motorschwungrades angebracht ist. Während der Motor I läuft, ist der Starter mechanisch vom Schwungrad abge- I trennt und liefert keine nützliche Funktion. Ein 7 -, Gleichstromgenerator oder ein Wechselstromgenerator I ' 23 (kombiniert mit einer nichtgesteuerten Diodengleich-I richterbrücke und einem Regulator) erhält die Batteriejj ladung, die während des Startens vom Motor verbraucht I worden ist, und führt während des Motorlaufs den Zusatzeinrichtungen im Fahrzeug elektrische Leistung zu.

30

• Typischerweise werden Motorfahr.ieugwechselstrom-

generatoren von der Motorkurbelwelle über eine Riemen-" und Rleinenecheibenanordnung angetrieben« Der Wechselstromgenerator arbeitet auf einer höheren Geschv/ihdig-35 kelt als die Kurbelwelle, um eine adequate Spannung zur Aufrochterhaltung der Batterieladung auch dann zu ge-

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geschwindigkeit läuft. So wie die Motorgeschwindigkeit ansteigt, setzt ein Regulator das Wechselstromgeneratorfftld herab, um die korrekte Spannung zur Ladung der Batterie aufrechtzuerhalten. Der Wirkungsgrad üblicher Wechselstromerzeuger ist relativ gering mit einem Maximalwert zwischen 55% bis 60%, der bis auf etwa 38 bis 45% abnimmt, so wie die Wechselstromgeneratorgeschwindigkeit und -last auf die Maximalgeschwindigkeit und Nennlast anwachsen. Zusätzliche Vorrichtungs-Verluste, insbesondere bei hoher Geschwindigkeit, resultieren aus Generatorantriebsriemen/Riemenscheiben-Verlusten, Generatorlüfterverlusten und Maschinenverlusten während des Betriebs auf hohen Frequenzen.

Die bekannten Vorrichtungen, die einen Gleichstromanlaßmotor und einen Wechselstromgenerator verwenden, sind aus einer Anzahl Gründen unvorteilhaft. Der Anlaßmotor wird außer beim Anlassen/Starten des Motors bzw. der Kraftmaschine nicht verwendet, wohingegen der Wechselstromgenerator nur während des Motorlaufs verwendet wird. Eine Komponente, die zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht verwendet wird, erhöht zunächst einmal die Masse, die Ausmaße und die Anzahl der erforderlichen Kardwarekomponenten, die vom Fahrzeug zu tragen sind.

Das Erfordernis, daß der Anlaßmotor während des Anlassens/Startens in das Schwungrad eingreift und während des Motorbetriebs wieder ausrückt, führt eine zusätzliche Komplexität in die Vorrichtung ein. Die Auslegung der elektrischen Maschine, einfachste Steuerungen und Lüfter- und Riemen/Riemenscheiben-Verluste gebräuchlicher Starter- und Generatorvorrichtungen halten den Wirkungsgrad relativ gering. Darüber hinaus ist der Riemen der Gefahr des Bruchs oder Schlupfes ausgesetzt. Darüber hinaus können einige bekannte Starter- und Generatorvorrichtungen für Luft- und Motorfahrzeuge Kommutatoren, Bürsten, Schleifen oder andere Komponenten verwenden, die schnell verschleißen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte Vorrichtung zum Anlassen/Starten einer Kraftmaschine bzw. eines Motors und zum Liefern elektrischer Energie während des Motorbetriebs anzugeben.

Diese Vorrichtung soll die obengenannten Nachteile und Probleme vermeiden oder minimieren.

Die erfindungsgemäße Lösung, die weiter unten näher erläutert werden wird, wird durch eine verbesserte Vorrichtung zum Motoranlassen/Starten und zum Liefern von elektrischer Energie während des Motorbetriebs geliefert, wobei diese Vorrichtung die folgenden Merkmale aufweist. Sie umfaßt eine elektronisch kommutierte elektrische Dynamomaschine, vorzugsweise in Form einer Permanentmagnetmaschine mit einem hohen Wirkungsgrad. Die Maschine weist eine Welle, einen Rotor oder Anker, der auf der Welle befestigt ist, und einen Stator bzw. ein Polgehäuse auf. Ein rotierbares Teil, vorzugsweise eine Kurbelwelle, ist so ausgelegt und angeordnet, daß sie während des Anlassens/Startens des Motors bzw. auch einer anderen Kraftmaschine von der Maschine gedreht wird und während des Motorbetriebs vom Motor selbst gedreht wird. Eine Getriebeanordnung verbindet die Welle mit dem drehbaren Motorteil.

Die verbesserte Vorrichtung der Erfindung ist sowohl im Startmodus als auch im Laufmodus des Motors bzw. der anderen Kraftmaschine betätigbar. Im Startmodus wird der Rotor in eine vorgegebene Richtung gedreht, während elektrische Energie dem Stator so zugeführt wird, daß die Maschine als Motor arbeitet und die Kurbelwelle über die Getriebeanordnung antreibt.

Die Getriebeanordnung hat ein Übersetzungsverhältnis, das zur Drehmomentmultiplikation, d.h. zur multiplikativen Drehmomentverstärkung beiträgt, im Lauf modus

des Motors treibt die Kurbelwelle den Rotor in der vorgegebenen Richtung über die Getriebeanordnung derart an, daß die Maschine als Generator arbeitet, wobei der Stator elektrische Leistung bereitstellt. Das übersetzungsverhältnis der Getriebeanordnung ist im Lauf modus von dem übersetzungsverhältnis im Startmodus verschieden.

Die Getriebeanordnung umfaßt mehrere Getriebeeinrichtungen bzw. Getrieberäder. In bevorzugter Ausführung ist ein Sonnenrad an den Maschinenrotor gekoppelt, und es ist zumindest ein Planetenrad (vorzugsweise mehrere Planetenräder) vorgesehen, das in das Sonnenrad eingreift. Ein Ringzahnrad bzw. ein Hohlrad greift in das Planetenrad bzw. die Planetenräder ein, und die Getriebeanordnung umfaßt darüber hinaus einen Planetenradträger oder kurz Steg, der eine Anbringungswelle aufweist, auf der die Flanetenräder rotieren.

Die Getriebeanordnung umfaßt darüber hinaus eine erste Kupplung; die im Mo+.oranlaß/Start-Modus so bstätigbar ist, daß sie das Hohlrad relativ zum Maschinengehäuse stationär hält, und die im Lauf modus so betätigbar ist, daß sie die Rotation des Kohlrades relativ zum Maschinengehäuse zuläßt. Die Getriebeanordnung umfaßt darüber hinaus eine zweite Kupplung, die im Motoranlaß/Start-Modus so betätigbar ist, daß sie die Rotation des Planetenradträgers relativ zum Hohlrad gestattet, und die im Motorlauf modus so betätigbar ist, daß sie das Hohlrad mit dem Planetenradträger verriegelt, d.h. hieran festklemmt. Sowohl die erste als auch die zweite Kupplung sind jeweils Einrichtungskupplungen, d.h. richtungsabhängig betätigte Kupplungen, die in einer vorgegebenen Richtung die freie Drehung eines Teils relativ zu einem anderer; Teil gestatten, jedoch automatisch beide Teile vei^iegeln und ineinander einrücken,

iß-

um eine relative Drehung eines Teils relativ zun anderen Teil in der entgegengesetzten Richtung zu verhindern. Die Betätigung der Kupplungen veranlaßt, daß das Sonnenrad, die Planetenräder und das Hohlrad während des Motorlaufmodus miteinander verriegelt wurden und einrücken, so daß die Getriebeanordnung hierbei ein 1:1-übersetzungsverhältnis zwischen der Motorkurbelwelle und der Welle der Maschine liefert.

Vorzugsweise wird ein Inverter von einer Batterie im Anlaß/Start-Modus mit Leistung beaufschlagt, um der Maschine Wechselstromleistung bzw. Wechselstrom zuzuführen. Im Motorlaufmodus arbeitet die Maschine wie ein Wechselstromgenerator und führt dem Inverter Wechselstromleistung zu, der wiederum der Batterie zu deren Aufladung Gleichstromleistung zuführt. Halblei ter-Starter/Wechselstromgeneratorsteuereinhei ten (auf der Grundlage von Mikroprozessoren) liefern geeignete Befehle zur Antreibung der Kalbleiter im Inverter, um während des Motoranlassens/Startens das erforderliche Drehmoment zu erzeugen, sowie für eine geeignete Spannungsregulierung der Batterie während des Motorlaufmodus.

Im folgenden werden die Prinzipien der Erfindung und ihre weiteren Merkmale an Hand der Ze^-^c?-ungen näher erläutert. Es zeigen:

F I G . 1 eine aus dem Stand der Technik bekannte Auslegung eines Planetengetriebes;

F I G . 2 eine seitliche Ansicht, teilweise im Querschnitt, die eine erfindungsgemäße Permanentsynchronmaschine und ein erfindungsgemäßes Planetengetriebe zeigt, das zum Antrieb einer Motorkurbelwelle angekoppelt ist, die fragmentarisch dargestellt ist;

F I G . 3 ein Blockschaltbild, das die Steuer- r

schaltungen für die erfindungsgemäße Motorstarter- :l

vorrichtung zeigt; und tg

F I G . 4 eine vereinfachte, kombinierte schematische Darstellung und Blockschaltbilddarstellung, die ■ die Steuerschaltungen der Motorstartervorrichtung aus FIG. 3 detaillierter zeigt. f

Eine Erläuterung der gebräuchlichen bekannten Pianetcngetriebe , wie in FIG. 1 dargestellt, wird als nützlicher Hintergrund vor der erfindungsgemäßen Beschreibung angesehen. Das Planetengetriebeset oder kurz Planetengetriebe 10 umfaßt ein rotierendes Sonnenrad oder Zahnrad 12, das durch eine Welle 11 angetrieben wird. Die Richtung der Rotation der Zahnräder wird durch die Pfeile angezeigt. Das Zahnrad 12 ist in Drehung im Uhrzeigersinn (wenn man die FIG. 1 von der rechten Seite aus betrachtet) dargestellt und verursacht eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn von Planetenrädern 14. Es sind zwar nur zwei Planetenräder oder Planetenzahnräder 14 in FIG. 1 sichtbar, Jedoch umfaßt die dargestellte Auslegung drei Planetenräder, die winkelmäßig gleich um das Sonnenrad 12 herum beabstandet angeordnet sind. Die Planetenräder 14 greifen in ein Ringzahnrad oder Hohlrad 16 ein, das Teil der Innenfläche eines fixierten Rings 18 ist. Der Eingriff zwischen den Planetenrädern 14 und den Zähnen des Hohlrade 16 bewirkt, daß die Planetenräder 14 zusätzlich zu ihrer Rotation um ihre jeweilige Welle 20 im Uhrzeigersinn das Sonnenrad 12 "umkreisen¹¹ bzw. auf dem Sonnenrad abrollen. Die Wellen 20, von denen in FIO. 1 nur zwei sichtbar sind, haltern die Planetenräder 14 auf einem Planetenradträger oder kurz Steg 22 drehbar. Die um das Sonnen- rad 12 "umlaufenden" Planetenräder 14 bewirken eine Drehung des Pianetenredträgere zz im Uhrzeigersinn. Alternativ hierzu kann die Drehung des Pl&netenradträgers

• Mtl III I * · * I ·

• » II··

22 dazu verwendet werden, das Sonnenrad 12 zu drehen, wenn gewünscht wird, Leistung in entgegengesetzter Richtung zu übertragen.

Die FIG. 2 zeigt die mechanischen Komponenten einer Vorrichtung 24 zum Anlassen/Starten einer Kraftmaschine, im folgenden Motor genannt, und zum Liefern elektrischer Leistung während des Motorbetriebs gemäß der .vi'iindung. Die Vorrichtung umfaßt einen Rahmen oder ein Gehäuse 26 für einen Starter/Wechselstromgenerator, wobei in diesem Gehäuse eine dynamoelektrische Permanentmagnet-Synchronmaschine 28 angeordnet ist. Die Maschine umfaßt einen Rotor oder Anker 30, einen Stator oder ein Polgehäuse 32, das Wicklungen auf einem Blechkern beinhaltet, deren Kanten durch die Strichlinien angezeigt sind, und eine Welle 34. Ein Rotorpositions- oder Lage» aufnehmer oder -transducer 36 ist in der gezeigten Weise an einem Ende der Welle 34 bezüglich von Lagern 35, die auf einer Abschlußplatte 37 befestigt sind, weiter innen angebracht* Der Aufnehmer 36 kann ein analoger Resolver oder Drehneider, ein Encoder sein oder ein elektrisch abgeleitetes Signal umfassen. Die Maschine 28 kann elternativ eine Induktions- oder Schaltreluktanzmaschine sein. Die Permanentmagnetsynchronmaschine 28 dient als Anlasser/Startermotor für einen Motor mit einem Motorblock 38 und einer Motorkurbelwelle 40. Der Motor bzw. die Kraftmaschine bedarf keiner detaillierten Beschreibung, da es sich hierbei um jeden gebräuchlichen Verbrennungsmotor oder um ein gebräuchliches Gasturbinen- düsentriebwerk handeln kann. Grundsätzlich charakterisiert, bewirkt die Permanentmagnetsynchronmaschine 28 die Drehung der Kurbelwelle 40 Im Motoranlaß/Startmodus, wohingegen die Motorkurbelwelle 40 die Permanentmagnetmaschine 28 während des Motorlaufs als Wechselstromgene- rator oder Synchrongenerator antreibt.

Zwischen Permanentmagnetmaschine 28 und Motorkurbelwelle 40 ist eine modifizierte Planetengetriebeanordnung 42 vorgesehen. Ein Sonnenrad oder Sonnenzahnrad 44 ist auf der Welle 34 angebracht. Die Zähne dee Sonnenrades 44 greifen in die Zähne von Planetenrädera 46 ein. Zumindest ein Planetenrad ist erforderlich, jedoch ist es weitaus vorteilhafter &pgr;&eegr;&aacgr; infolgedessen vorzuziehen, mehrere Planetenräder 46 anzuordnen, die unter gleichen Winkelabständen umfangsmäßig beabstandet vorgesehen *rer4*m, Ia Beiijpiel der FlG. 2 sind zwei Flanetenräder 46 unter ei: am Winkelabstand von 180° angeordnet, je/ioch können in alternativen Ausführungen auch &"^Tei Planetenräder mit 120°-4Jinkelabständen, vier Planetenräder mit 90°-Winkelä'ücLrinden usv* angeordnet werden. Die Planetenräder 46 greifen in ein Ringzahnrad oder k«irz Üohlpad 48 ein, das sich kreisförmig um die Planeten^ ader 46 erstreckt und die Mußeren Grenzen der "Umlaufbahn" der Planetenräder definiert.

Das Hohlrad 48 ist über eine Ein-Richtungskupplung 50 mit einem im wesentlichen zylindrischen Teil des Rahmens 26 verbunden, um beispielsweise eine Rotation entgegen dem Uhrzeigersinn (von der rechten Seite der FIG. 2 aus betrachtet) des Hohlrads 48 in bezug auf den Rahmen 26 zu verhindern. Die Kupplung 5J3 kann eine gebräuchliche automatisch betätigende Kupplung sein, wie beispielsweise eine Klemmrollen/Nockenkupplung bzw. ein Rollen/Nockengesperre.

Die Rollen/Nockenkupplung 50 umfaßt eine oder mehrere Rollen 52, die zwischen einem Außenring 54 und einem Innenring 56 angeordnet sind. Obgleich In PIG* 2 nicht dargestellt, umfaßt einer der Ringe 54 oder 56 (normalerweise der Außenring 54) Nocken, die zur Rolle 52 hin vorstehen und so geformt sind, daß sie zulassen, daß der Ring 56- der am Hohlred 48 befestigt ist, sich rslEtiv zum Ring 54, der am Gehäuse 26 befestigt ist, im Uhrzeiger-

sinn (von der rechten Seite der FIG. 2 aus gesehen) dreht. Die Nocken klemmen die Ringe 54 und 56 zusammen, wenn der Ring 56 versucht, sich relativ zum Ring 54 entgegen des Uhrzeigersimt v.u drehen. Die Details der NockeTioberflächenformen sind uicht gezeigt und werden auch nicht erläutert, da die Besonderheiten einer Einrichtungskupplung 50, d.h. drehrichtungsgeschalteten Kupplung, nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind. Im übrigen können auch andere Kupplungen als Rollen/ Nockenkupplungen verwendet werden, um eine Ein-Rich- -. tungsdrehung des Rings 56 sicherzustellen, jedoch kön^vnen die Vorteile der Erfindung am leichtesten mit einer Rollen/Nockeneinrichtungskupplung erzielt werden, da

&iacgr; diese Kupplung durch die Relativbewegung der Teile, an

der sie befestigt ist, automatisch aus- und eingerückt &Aacgr; wird.

: Auf einer Seite des Innenrings 56 befestigt, ist

% eine zweite Ein-Richtungskupplung 58 vorgesehen, die In 20 derselben Art und Weise wie die Ein-Richtungs- oder Einwegkupplung 50 ausgebildet sein kann. Die Einf Richtungskupplung 58 koppelt den Hohlring 48 an einen Steg oder ELenetenradträger 60 über den Ring 56. Die () Ein-Richtungskupplung 58 überholt oder läuft frei, wenn &Idigr; 25 der Steg 60 sich im Uhrzeigersinn (von der rechten Seite in FIG. 2 aus gesehen) relativ zum Hohlring 48 im Motoranlaß/Startmodus bewegt (d.h., die Maschine 28 als Anlaß/Startmotor wirkt).

Der Steg 60 umfaßt Wellen 62, auf denen die PlanetenrMder 46 rotieren, und einen Halte1)und 64, der den Steg mit Hilfe von Haltestiften 66 an der Motorkurfeelwelle 40 befestigt. D.ie Motorwelle 34 weist ein Ende auf, das sich innerhalb des Haltebunde 64 erstreckt und vom Haltebund, bzw. dessen Hals, durch Lager 70 getrennt

J.&ogr; &ugr;.

Die FIG. 3 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild der elektromechanischen Komponenten aus FIG. 2 und der elektrischen Steuereinheiten, die in der vorliegenden Vorrichtung 24 verwendet werden. Die modifizierte FIanetengetriebeanordnung 42 ist zwischen der Permanentsynchronmaschine 28 (PM Synchronmaschine) und einem Motor oder einer anderen Kraftmaschine 72 angeordnet, die die in FIG. 2 gezeigte Kurbelwelle 40 aufweist. Im Motoranlaß/Startmodus wird die Maschine 2&THgr; von einer Batterie 7^L über einen gesteuerten Pulsbreitenmodulationsinverter 76 gespeist, der wiederum von Starter/ Wechselstromgeneratorsteuereinheiten 78 gesteuert wird, die vorzugsweise einen Mikroprozessor umfassen, der Eingangssignale vom Rotorwinkelaufnehmer 36 aus FIG.

empfängt. Die Starter/Wechselstromgeneratorsteuereinheiten 78 geben entsprechend geeignete Schaltbefehle an die Leistungshalbleiterelemente im Inverter 76. Im Anlaß/Startnodus geben die Steuereinheiten 78 Befehle an den Inverter, die diesen dazu veranlassen, den Starter der Synchronmaschine 28 auf der Grundlage der Rotorposition, die vom Rotorwinkelaufnehmer 36 geliefert wird, mit einer Wechselstromerregung zu beaufschlagen, so daß die Maschine über einen weiten Geschwindigkeitsbereich ein positives Drehmoment erzeugt. Der Rotor- winkelaufnehmer und die Steuereinheiten führen eine Funktion aus, die analog der Funktion ist, die vom Kommutator in einer Gleichstrommaschine ausgeführt wird.

Befindet sich der Motor im Laufmodus, so weisen die Steuereinheiten 78 den Inverter 76 an, den Stator der Synchronmaschine 28 derart einer Wechselstromerregung zu unterwerfen, daß die Maschine ein negatives Drehmoment erzeugt und Gleichstromleistung regeneriert und zurück in die Batterie 74 speist. In diesem Modus bzw. in dieser Betriebsart wirken und arbeiten die Steuereinheiten 76 und der Inverter 76 wie eine gesteuerte buw. geregelte Gleichrichterbrücke, die Wechselstromleistung

von den Maschinenklemmen in Gleichstromleistung umsetzt. Gebräuchliche Kraftfahrzeugwechselstromgeneratoren oder -synchronmotoren verwenden eine interne (nicht gesteuerte) Diodengleichrichterbrücke, die typischerweise aus sechs Dioden in einer 3-Phasenbrückenanordnung besteht. Damit eine derartige nicht gesteuerte oder nicht geregelte Gleichrichterbrücke eine Gleichstromleistung zurück in die Batterie speist, muß die Amplitude der Maschinenklemmenspannung die Batteriespannung übersteigen. Infolgedessen arbeiten die konventionellen Wechselstromgeneratoren auf höheren Geschwindigkeiten als die Motorkurbelwelle über das Riemen/Riemenscheibengetriebe, um eine ausreichende Maschinenklemmenspannung zu liefern und auf diese Weise während des Motorleerlaufs regelt nerierte Gleichspannungsleistung in die Batterie zu speisen. Ein einzigartiger Vorteil der Steuereinheiten, des Inverters und der Wechselstrommaschine (gleich, ob es sich um eine Synchronpermanentmaschine, um eine Schaltreluktanzmaschine oder um eine Induktionsmaschine handelt) der Erfindung besteht in der Fähigkeit, bei relativ geringen Maschinengeschwindigkeiten, bei denen die Klemmenspannung der Maschine geringer als die Batteriespannung ist, Gleichstromleistung zurück in die Batterie zu fördern. Dies gestattet den Betrieb und die Funktion der Starter/Wechselstromgeneratormaschine während des Motorlaufmodus auf der Kurbelwellengeschwindigkeit (direkter Antrieb) mit der Möglichkeit, selbst bei Motorleerlaufgeschwindigkeit Gleichstromleistung zurück in die Batterie zu regenerieren und zu speisen.

Sowie die Motorgeschwinöigkeit variiert, ändern die

Starter/Wechselstromgeneratorsteuereinheiten 78 die Inverterbefehle so, daß diese die richtige Gleichspannungsregelung an der Batterie liefern. In vorteilhafter Weise yz ist ein gebräuchlicher Spannungsregler (gleich ob intern oder extern vom Wechselstromgenerator angebracht) in der Erfindung nicht erforderlich.

Während der Rotorwinkelaufnehmer 36 mit den Steuereinheiten 78 für die Synchronmaschine 28 so wirkt, daß eine analoge Punktion zu der Punktion erzielt wird, die vom Kommutator einer Gleichstrommaschine ausgeführt würde, so kann der Rotorwinkelaufnehmer 36 auch durch einen Geschwindigkeitsaufnehmer oder ein elektrisch abgeleitetes Signal ersetzt werden, falls die Starter/Generatormaschine eine Induktionsmaschine statt eine Synchronmaschine ist. Obwohl die Permanentmagnetsynchronmaschine einen höheren Wirkungsgrad als die Induktionsmaschine aufweist, kann eine Induktionsmaschine als Alternative vorteilhaft geringere Kosten verursachen.

Ein zusätzlicher Vorteil, der durch die erfindungsgemäßen Starter/Wechselstromgeneratorsteuereinheiten geliefert wird, und durch gebräuchliche Starter- und Wechselstromsysteme nicht leicht erzielbar ist, besteht in der intelligenten Handhabung und Aufteilung der elektrischen Energie. Beispielsweise gestatten die Steuereinheiten die Variation des Kctoranlaß/Startdrehmomentpro.fils als eine Funktion der Umgebungstemperatur und/oder Motortemperatur und liefern die Möglichkeit, die Wechselstromgeneratorausgangsleistung während Fahrzeugspitzenbeschleunigungen zu reduzieren.

Die FIG. 4 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung des Inverters 76 und einiger anderer Komponenten aus FIG. 3. Die Batterie 74 ist über einen Schalter BO mit einem Gleichspannungskopplungskondensator 82 verbunden. (Der Fachmann wird erkennen, daß der Schalter 80 auch entfallen kann, wenn Kalbleiterelemente geringer Verlustleistung im Inverter verwendet werden.) Der gezeigte Inverter ist ein stromgesteuerter 3-Phaseninverter mit sechs Leistungshalbleiterbauelementen, die in diesem Fall Transistoren 84 und sechs Dioden 86 umfassen, wobei jede der Dioden parallel zu einem jeweils separaten Transistor 84 geschaltet ist, um die jeweiligen

separaten Transistoren gegen Umkehrstromdurchfluß zu schützen. Der Inverter liefert der Synchronmaschine 28 eine Dreiphasenleistung, wenn die Maschine als Anlaß/ Start-Motor wirkt. Ein oder mehrere Stromsensoren 88 (von denen nur einer gezeigt ist) können dazu verwendet werden, zur exakten Stromsteuerung in ^eder der Motorphasenwicklungen in bekannter Weise eine Stromrückkopplung zu schaffen. Der Inverter 76 kann einen integrierten Kochspannungsschaltungschip (HVIC von High Voltage Integrated Circuit Chip) umfassen, der verschiedenste logische Funktionen und Inverterantriebsfunktionen durchführt und auf hohen Spannungen arbeiten kann.

Ein Teil der Starter/Wechselstromgeneratorsteuereinheiten 78 und des PWK-Inverters 76 kann durch den HVIC-Chip auf der Grundlage der "Five Horsepower Drive Control", dem GE-Model 879^&Dgr;705&Bgr;&KHgr; realisiert werden, der von GE Motor Business, Fort Wayne, Indiana lieferbar ist. Die Leistungshalbleiterbauelemente für der Wechselstromgeneratorinverter umfassen beispielsweise den MOS-gesteuerten Thyristor (MCT, der z.B. in der V.A.K. Temple-Anmeldung mit der Serien-Iir. 707,3OS vom 1. März 1985 vorgeschlagen und beansprucht wurde, wobei in dieser Anmeldung, die eine Nachanmeldung der fallengelassenen

2p Anmeldung mit der Serien-Nr. 391,620 vom ?.'■-._ Juni 1982 ist, (eine sogenannte Continuation-in-Part der fallengelassenen Anmeldung mit der Serien-Nr. 331,049 vom 16. Dezember 1981) die Rechte auf dieselbe Person übertragen wurden wie im vorliegenden Fall. Daneben umfassen diese Kalbleiterbauelemente Feldeffekttransistoren und Sperrschicht- oder Isolierschichttransictoren (IGT's). Die Batterie 74 kann eine höhere Spannung als die üblichen 12 Volt aufweisen, die typischerweise im Motorfahrzeuganwendungen benutzt wird, wodurch der erforderliehe Stromnennwert der Inverterleistungshalbleiterbaueleoente herabgesetzt wird.

Phasenstromsensoren 88 können diskrete Einrichtungen i wie Hall-Effekt-Stromsensoren seriell mit den individuel- i len Phasenwicklungen der Motors umfassen. Alternativ |j

Ü kann der Inverter 76 Pilot- oder Steuerstromsensorele- §j

mente verwenden, die in Schalttransistoren 84 eingebaut I

sind, wie in der J.P. Walten und E. J. Wildi US-Anmeldung mit der Serien-Nr. 892,739 vom 31. Juli 1986 beschrieben, die eine sogenannte File Wrapper Continuation der Serien-Nr. 529,240 vom 6. September 1983 darstellt, oder auch vie in der Anmeldung von T.M. Jahns und E. J. Wildi mit der Serien-Nr. 140,686 vom 4. Januar 1988 beschrieben, C wobei alle diese Anmeldungen auf dieselbe Person wie im vorliegenden Fall übertragen wurden.

Unter Bezugnahme auf die FIG. 2, 3 und 4 wird nun die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.Beim Versuch, den Motor 72 anzudrehen bzw. anzuwerfen, geht der Mikroprozessor 78 in den Startmodus, wobei er die Transistoren 84 so schaltet, daß der Synchronmaschine 28 eine Dreiphasenstromleistung zugeführt wird· Der Rotor 30 der Synchronmaschine 28 beginnt infolge der Zufuhr von Leistung zum Stator 32 zu rotieren.

r Im Gegensatz zu konventionellen Motorstartervorrlch-

tungen, die exzessiv hohe Gleichströme in dem Augenblick ziehen, in dem die Motordrehung beginnt, zieht die erfindungegemäße Vorrichtung, die den Inverter und die synchrone Wechselstrom-(oder Induktions-)-maschine verwendet, beträchtlich weniger Gleichstrom aus der Batterie, wenn sie anfänglich beginnt, den Motor bzw. die Kraftmaschine anzudrehen. Konventionelle Startervorrichtungen erfordern einen Solenoidschalter hoher Stromkapazität, um die Batterie direkt an eine Serlengleichstrommaschine anzuschließen. In der vorliegenden Vorrichtung kann der Batteriegleichstrom für das Nenndrehmoment bei festgebremstem Rotor (das statische Drehmoment) typiecherweiüe eine Größenordnung geringer als

&igr; &igr; ·

in der konventionellen Vorrichtung sein. Bei festgebremstem Rotor erzeugt der Inverter Wechselstrommotornennstrom, während er nur einen geringen Eingangsgleichstrom benötigt, der lediglich ausreichen muß, Verluste im Inverter und Motor zu überwinden. Sowie die Geschwindigkeit des Anlaß/Starter-Motors von Null an ansteigt, nimmt die Motorausgangsleistung zu, und infolgedessen nimmt der Eingangsgleichstrom zum Inverter ebe :=falls zu. Jedoch erfordert die Wechselstrumantriebs vorrichtung, die einen höheren Wirkungsgrad als kon ventionelle Startervorrichtungen aufweist, im Vergleich zu den konventionellen Startervorrichtungen einen geringeren Strom, der aus der Batterie zu ziehen ist, um den Motor zu starten beziehungsweise anzulassen.

Infolgedessen kann die Batterie 74 eine geringere Kapazität wie im Fall der konventionellen Strrtervorrichtungen aufweisen, oder die Batterie 74 kann alternativ eine größere Anzahl von Zubehörausstattungen während des Startbetriebs mit Leistung versorgen.

Sowie der Mikroprozessor 78 die Transistoren 84 so schaltet, daß Gleichspannungsleietung von der Batterie 74 in WechselSpannungsleistung umgesetzt wird, die in die Synchronmaschine 28 eingespeist wird, werden die Phasenstromrückkopplung vom Stromsensor 88 und die Rotorwinkelrückkopplung vom Aufnehmer 36 vom Mikroprozessor überwacht, um in bekannter Weise die korrekte Umschaltung sicherzustellen. Die Motorwelle 34 beginnt sich im Uhrzeigersinn (in FIO. 2 von der rechten Seite aus gesehen und durch den Pfeil angedeutet) zu drehen, und das Sonnenrad 44, das vorzugsweise integral mit der Welle 34 ausgebildet ist oder zumindest darauf angebracht ist, beginnt ebenfalle sich Im Uhrzeigersinn zu drehen. Hierdurch werden die Planetenräder 46 dazu veranlaßt, sich bei ihrer "Umlaufbahn" entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen und erzeugen ein Rückwirkungemoment auf das Hohlrad 48. Jedoch ist die Tendenz des

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—.T*7t-^{f r} * *

• ·

Hohlrads 48, zu drehen, durch die Einrichtungskupplung 50 verhindert , die den Hohlring 48 gegen eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn relativ zum Starterrahmen 26 sichert. Der Umlauf der Planetenräder 46 bewegt infolgedessen den Steg 60 im Uhrzeigersinn mittels der Plane- tengetri«bebefestigungswellei: 62« Dar Steg 60 ksnn sich in bezug auf das Hohlrad 48 frei ?jb Uhrzeigersinn drehen, da die Einrichtungskuppluag 58 zn dieses Zeitpunkt überholt bzw. freiläuft (d«h. frei dreht).

Infolgedessen dreht der Steg die Motorkurbelwelle 40 isa Qeg^x&^rzBlget^i-'i^.t wenn der Jfötor abgeworfen bzw. C ' gestartet wire,. Das auf <Ue Motorkurbelwelle übertragene Drehmoment ist gleich de& Drehmoment der Permanentmagnetsynchroniaaschiae 28, multipliziert mit dem übersetzungs- oder ZähnezahlverhäTtnis. Das Übersetzungsverhältnis sollte möglichst zwischen 3:1 und 12:1 liegen.« Beträgt beispielsweise das Übersetzungsverhältnis 10:1 und erfordert der Motor ein Drehmoment von 204 Nm (150 foot-pounds) zum Anlassen/Starten, so muß die Synchronmaschine 28 bei Vernachlässigung der Verluste 20,4 Nm (15 foot-pounds) erzeugen, um die erforderlichen 204 Nib auf die Motorkurbelwelle 40 zu übertragen· Das Übersetzungsverhältnis oder Zähne-/ zahlverhältnis In diesem Anlaß/Start-Modus beträgt:

"

wobei N₀ gleich der Anzahl der Sonnenradzähne 1st und 50

N_r gleich der Anzahl der Hohlradzähne let.

Während dee Anlaß /Start-Modus läßt der Mikroprozessor 78 zu, daß die Synchronmaschine 28 dem Motor 72 über die modifizierte Planetengetriebeanordnung 42 ein positives Drehmoment zuführt. Erfaßt der Mikroprozessor den Start des Motors über ein Motorstartsignal, das z.B. infolge eines abrupten Sprungs in der Kurbelwellenumdrehungsrate oder auch auf andere

für einige Motoren oder Kraftmaschinen übliche l| Weise erzeugt werden kann, so schaltet der Mikro-

&iacgr; prozessor den Inverter 76 aus dessen Startmodus in einen Laufmodus, der einem negativen Drehmoment von 5 der Syn^hroaasasc^Lne 28 e?icupric, ut. D.h«» daß hierbei die Synchronmaschine 28 beginnt, ein Drehmoment über die modifizierte Planetsrrgetriebeanordnung aus dem Motor 72 aufzunehmen. In diesem Laufmodus dreht sich die Kurbelwelle 40 in Richtung des Uhrzeigersiras, wodurch der Steg 6.0 oder Planetenradträger ebenfalls im Uhrzeigersinn gedreht wird. In diesem Fall überholt bzw. läuft die Kupplung 50 frei, so daß das Hohlrad 48 nicht mehr länger am Starterrahmen 26 festgeklemmt ist.

Die Ein-Richtungskupplung 58 wird blockiert oder eingerückt, wenn die Geschwindigkeit des Hohlrads 48

andernfalls die Geschwindigkeit des Stegs 60 überschreiten würde, so daß das Hohlrad 48 nun an den Steg 60 angeklemmt ist und sich mit diesem im Uhrzeigersinn bewegt. Dies blockiert effektiv sämtliche Planetenräder 46 am Sonnenrad 44 und am Hohlrad 46, so daß die Motorkurbelwelle 40 direkt an die Synchronmaschinenwelle 34 gekoppelt 1st. DIo Welle 34 und Kurbelwelle 40 rotieren •| dann mit derselben Geschwindigkeit und mit demselben ,. . Drehmoment. Zn diesem Zeitpunkt ist das effektive ^T 25 übersetzungsverhältnis zwischen der Motorkurbelwelle und der Synchronmaschinenwelle 1:1. Während dieser Synchronmaschinennegativdrehmomentbedingungen, die dem Laufmodus entsprechen, triggert der Mikroprozessor 78 den Inverter 76 derart an, daß eine von der Synchronmaschine 28 erzeugte Wechselstromleistung sis Gleich stromleistung an die Batterie 74 geliefert wird.

Der Wirkungsgrad einer richtig ausgelegten Permanentmagnet synchronmaschine und eines Pulsbreitenmodulationsinverters, die als Wechselstromgenerator und gesteuerter Gleichrichter wirken, beträgt typischerweise Bö bis 90% im vergleich zu konventionellen Vorrichtungen,

die im Bereich von 38 bis 6096 liegen. Ein höherer Wirkungegrad gestattet für eine Maschine irgendeiner vorgegebenen Größe eine erhöhte Gleichetromausgangsleistung hinsichtlich der Batteriebelastung. Infolgedessen steht bei einer Maschine gleicher Größe eine beträchtlich höhere Ausgangsleistung zur Verfugung, oder, falls derselbe Ausgangsleistungsbetrag gewünscht wird, so ksnn die Maschine 2S in dsr srfindungsgesMSsn Vorrichtung kleiner als die Maschine in konventionellen Vorrichtungen ausgelegt werden. Da die Maschine 28 der Erfindung in diesem Modus auf Kurbelwellengeschwindigkeit arbeitet, sind parasitäre Verluste der Riemen und Riemenscheiben eliminiert. Ein verbesserter Wirkungsgrad wird durch geringere Verluste erzielt, und infolgedessen ist auch eine geringere Kühlung erforderlich. (Infolgedessen kann der Lüfter zum Kühlen der Maschine entweder ganz entfallen oder größenmäßig reduziert werden.) Parasitäre Verluste bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten infolge von Lüfterverlusten sind auf diese Weise ebenfalls herabgesetzt.

Es ist zu beachten, daß die modifizierte Planetengetriebeanordnung 42 eine hohe Drehmomentverstärkung liefert, wenn eine Synchronmaschine 28 den Motor anläßt/startet. In diesem Modus ist das Hohlrad 48 stationär, so daß die Planetengetriebeanordnung mit dem durch die obige Formel angezeigten übersetzungsverhältnis arbeitet. Befindet sich die Vorrichtung jedoch im Laufmodus, so liefert die modifizierte Planetengetriebeanordnung 42 eine direkte Kopplung zwischen der Motorkurbelwelle 40 und der Synchronmaschinenwelle 34. Infolgedessen kann die Auslegung der Planetengetriebeanordnung so optimiert werden, daß die notwendige Drehmomentmultiplikation in Start modus bereitgestellt wird, während im Laufmodus ein 1:1-Übersetzungsverhältnis sichergestellt ist. Im Laufmodus treten kein Zahnradverschleiß oder nur ein

geringer Verschleiß auf, weil die Zahnräder effektiv miteinander verriegelt sind (d.h., einige der Zähne greifen ineinander! jedoch bewegen eich keinerlei Zähne in und/oder außer Kontakt mit den anderen Zähnen). 5

Der Inverter 76 kann so ausgelegt sein, daß ungeachtet, ob sich die Vorrichtung im Laufmodus oder Btaföüodus befindet j der Stros·- der in? Inverter "shsndhabt wird, von derselben Größenordnung ist. Dies ist unter anderem deshalb möglich, weil die Drehmomentmultiplikation im Startmodus, jedoch nicht im Laufmodus verwendet wird. Die Maschine 28 wird vorzugsweise so ausgelegt, daß sie nahe ihrer maximalen Nenngeschwindigkeiten und Nennleistungen sowohl im

*5 Anlaß/Start- als auch im Wechselstromgenerator-Modus arbeitet.

Die vorliegende Erfindung wurde an Hand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dem Fachmann ist jedoch unmittelbar klar, daß zahl-

den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen oder von der Erfindungsidee abzuweichen. Beispielsweise kann eine alternative Auslegung der Vorrichtung aus FIG. eine hochleistungsbetriebene dynamoelektrische Maschine und eine modifizierte Planetengetriebeanordnung verwenden, die ölgekühlt ist und in eine Transmission gepackt ist.

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Anlassen/Starten eines Motors und zum Liefern elektrischer Energie während des Motor's betriebs, aufweisend:

eine elektrische Dynamomaschine (28) mit einer Welle (34), einem Rotor (30), der auf der Welle befestigt- iet; und einem Stator (32):

einen Verbrennungsmotor (72) mit einer drehbaren Einrichtung (40), die dazu ausgelegt ist, durch die Maschine (28) rotiert zu werden, wenn der Motor zu starten ist, und die ferner dazu ausgelegt ist, während des Motorbetriebs durch den Motor gedreht zu werden; und

eine Getriebeanordnung (42), die die Welle an die drehbare Einrichtung koppelt;

wobei die Vorrichtung betreibbar ist in:

I. einem Startmodus, in dem die Rotation des Rotors (30) initiiert wird und der Rotor in einer vorgegebenen Richtung durch Zufuhr elektrischer Energie zuE Stator derart in Rotation gehalten vrird^ daß die elektrische Dynamomaschine (28) als Motor arbeitet und die drehbare Einrichtung (40) über die Getriebeanordnung (42) antreibt, die im Startmodus ein übersetzungsverhältnis zur Li&ferung einer multiplikativen Drehmomentverstärkung aufweist; und

II. in einem Laufmodus, in dem die drehbare Einrichtung (40) den Rotor (30) über die Getriebeanordnung (42) in der vorgegebenen Richtung derart antreibt, daß die elektrische Dynamomaschine (28) als Generator arbeitet, wobei der Stator elektrische Leistung zuführt und die Getriebeanordnung im Laufmodus ein übersetzungsverhältnis aufweist, das von dem im Startmodus verschieden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeanordnung (42) eine erste Kupplung (50) aufweist, die im Startmodus eingerückt ist und im Laufmodus ausgerückt ist und eine Ein-Richtungskupplung darstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Getriebeanordnung (42) eine zweite Kupplung (58) aufweist, die im Startmodus ausgerückt ist und im Laufmodus eingerückt ist und eine Ein-Richtungskupplung darstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeanordnung (42) ferner mehrere Getrieberäder (44, 46, 48) aufweist, die im Laufmodus miteinander verriegelt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daßMiese mehreren Getrieberäder der Getriebeanordnung (42) ein Sonnenrad (44) umfassen, das an den Rotor (30) gekoppelt ist, zumindest ein erstes Planetenrad (46), das in das Sorsaenrad eingreift, und ein Hohlrad (46), das in das erste Plenetenrefi «ingreift,wobei die Getriebeanordnung ferner einen Planetenradträger (60) mit einer Anbringungseinrichtung (62), auf der das Planeten rad rotiert, umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5_t dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Dynamomaschine (28) ein Gehäuse (26) aufweist, und daß die Getriebeanordnung eine erste Kupplung (50) aufweist^ die iss Startmodus so betätigbar ist, daß sie das Hohlrad (48) relativ zum Gehäuse stationär hält, und die im Laufmodus so betätigbar ist, daß sie zuläßt, daß das Hohlrad (48) sich relativ zum Gehäuse dreht.

10

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
r dadurch gekennzeichnet,

daß die Cetriebeanordnung (42) eine zweite Kupplung (50) aufweist, die im Startmodus so betätigbar ist, däß sie die Rotation des Planetenradträgers (60) relativ zum Hohlrad (48) zuläßt, und die im Laufmodus so betätigbar ist, daß sie das Hohlrad (48) mit dem Planetenradträger verriegelt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7»

dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die erste Kupplung (50) als auch die zweite

Kupplung (58) Eln-Richtungskupplungen sind.

( 9. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Getriebeanordnung (42) im Laufmodus ein übersetzungsverhältnis von 1:1 liefert.

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10. Vorrichtung zum Anlassen/Starten eines Motors und zum Liefern elektrischer Leistung während des Motorbetriebs, aufweisend:

eine elektrische Dynamomaschine (28) mit einer Welle (34);

einen Verbrennungsmotor (72) mit einer drehbaren Einrichtung (40)» die dazu ausgelegt ist» von u&r Maschine (28) gedreht zu werden, vsnn &2r Kot&r gestartet werden soll, und die ferner dazu ausgelegt ist, während des Motorbetriebs vom Motes* gedreht zu werden &igr; und

siae Ctetriebeasox'dDJCTsg (42) _t Sie die Welle (34) an die rotier'&are Einrie?-**mg (40) koppelt,wobei die Oetriebeanorämmg mehrere Getriebeeinric2itungen aufweist, die eine erste G€tri;S*öi5^fririchtung (44), die so betätigbar ist, daß sie mit der Wello rotiert, und eine zweite Getriebeeinrichtung (46) umfassen, die in die erste Getriebeeinrichtung eingreift; wobei die Vorrichtung betreibbar ist int

2C- I· einem Startmodus, in dem die elektrische Dynamomaschine (28) als Motor arbeitet und di@ drehbare Einrichtung (40) über die Getriebeanordnung antreibt, wobei sich die erste Getriebeeinrichtung zum Antreiben der zweiten Getriebeeinrichtung in einer vorgegebenen Richtung bewegt und die Getriebeanordnung ein erstes vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis zur multiplikativen Drehmomentverstärkung aufweist; und -

IX. einem Laufmodus, in dem die elektrische Dynamomaschine (28) als Generator arbeitet und über die Getriebeanordnung (42) durch die drehbare Einrichtung (40) angetrieben wird, wobei die erste Getriebeeinrichtung (44) von der zweiten Getriebeeinrichtung (46) in der vorgegebenen Richtung angetrieben wird und die Getriebeanordnung ein zweites vorbestimmtes Ubereetzungsverhält- nie aufweist, das vom ersten vorbestimmten Übersetzungsverhältnis verschieden ist.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektrische Dynamomaschine (28) eine elektronisch krannutierte elektrische Dynamomaschine umfaßt. 5

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektrische Dynamomaschine (28) eine Permanentmagnetdynamosynchronmaschine umfaßt. 10

13. Vorrichtung nach Anspruch 11,

I ■ ) dadurch gekennzeichnet,

% daß die elektrische Dynamomaschine (28) im Laufmodus als I Wechselstromgenerator arbeitet, daß die Vorrichtung I 15 ferner eine Batterie (74) und einen Inverter (76) umfaßt, I der an die Batterie und an die Maschine angeschlossen ist

I und im Startmodus aus der Batterie Leistung entzieht, um I der Maschine Wechselstromleistung zuzuführen, und im I Laufmodus so betätigbar ist, daß er von der Maschine % 20 Wechselstromleistung empfängt und die Batterie lädt.

i 14. Vorrichtung nach Anspruch 11,

'. dadurch gekennzeichnet,

% ' · daß die erste Getriebeeinrichtung ein Sonnenrad (44)

- 25 umfaßt, daß die zweite Getriebeeinrichtung (46) ein

I Planetenrad umfaßt und daß die Getriebeanordnung (42)

&iacgr;&iacgr; ferner ein Hohlrad (48) enthält, das in das Planetenrad

* eingreift, sowie einen Planetenradträger (60) mit einer

Anbringungseinrichtung (62), auf der das Planetenrad

&xgr; 30 (46) rotiert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Dynamomaschine (28) ein Gehäuse (26) und eine erste Kupplung (50) umfaßt, die im Startmodus so betätigbar ist, daß sie das Hohlrad (48) relativ zum Gehäuse stationär hält, und die im Laufmodus so betätigbar ist, daß sie zuläßt, daß das Hohlrad relativ zum Gehäuse rotiert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Kupplung (58) vorgesehen ist, die im Startmodus so betätigbar ist, daß sie die Rotation des Planetenradträgers (60) relativ zum Hohlrad (48) zuläßt, und die im Laufmodus so betätigbar ist, daß sie das Hohlrad (UB) mit dem Planetenradträger (60) verriegelt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste und zweite Kupplung (50, 58) Ein-Richtungskupplungen umfassen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste und zweite Getriebeeinrichtung (44, 46) im Laufmodus miteinander verriegelt sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektrische Dynamomaschine (28) im Laufmodus als Wechselstromgenerator arbeitet, daß die Vorrichtung ferner eine Batterie (74) und einen Inverter (76) umfaßt, der an die Batterie und an die Maschine gekoppelt ist und der im Startmodus aus der Batterie Leistung zieht, um der Maschine Wechselstromleistung zuzuführen, und der im Laufmodus so betätigbar ist, daß er von der Maschine Wechselstromleistung empfängt und die Batterie lädt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Dynamomaschine eine Induktionsmaschine umfaßt.

21. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die elektrische Dynamomaschine eine Schaltreluktanzmaschine umfaßt.
10

22. Vorrichtung zum Anlassen/Starten eines Motors und zum Liefern elektrischer Leistung während des Motorbetriebs, aufweisend:

eine elektronisch kommutierte elektrische Dynamomaschine (28) mit einer Welle (34);

einen Verbrennungsmotor (72) mit einer drehbaren Einrichtung (40), die dazu ausgelegt ist, durch die Maschine gedreht zu werden, wenn der Motor zu starten ist,und die ferner dazu ausgelegt ist, während des Motorbetriebs vom Motor gedreht zu werden; und

eine Getriebeanordnung (72), die an die Welle und die drehbare Einrichtung gekoppelt ist und die ein Sonnenrad (44), zumindest ein erstes Planetenrad (46), das in das Sonnenrad eingreift, ein Hohlrad (48), das in das erste Planetenrad eingreift, und einen Planetenradträger (60) aufweist, der eine Anbringungseinrichtung (62) aufweist, auf der das erste Planetenrad rotiert; wobei die Vorrichtung betreibbar ist in: I. einem Startmodus, in dem die elektrische Dynamomaschine als Motor arbeitet und das Sonnenrad (44) so antreibt, daß dieses die Getriebeanordnung (42) betätigt und hierdurch die drehbare Einrichtung (40) zum Starten des Motors antreibt, wobei die Getriebeanordnung im Startmodus ein erstes vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis für eine multipiikative Drehmomentverstärkung aufweist; und

II. einem Lauf modus, in dem die elektrische Dynamomaschine (28) als Generator arbeitet und von der drehbaren Einrichtung (40) durch die Oetriebeanordnung (42) angetrieben wird, die im Laufmodus ein zweites vorbestimmtes übersetzungsverhältnis aufweist, das vom ersten vorbestimmten übersetzungsverhältnis verschieden ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22. dadurch gekennzeichnet,

daß das Sonnenrad (44) auf der Welle (34) angeordnet ist und daß die Getriebeanordnung (42) darüber hinaus ein zweites Planetenrad (46) umfaßt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22,

dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (44), das erste Planetenrad (46) und das Hohlrad (48) im Laufmodus miteinander verriegelt sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24,

dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Dynamomaschine (28) ein GehMuse (?6) umfaßt.und daß die Getriebeanordnung (42) eine erste Kupplung (50) umfaßt, die im Startmodus so betätigbar ist, daß sie das Hohlrad (48) relativ zum Gehäuse stationär hält,und die im Laufmodus so betätigbar ist, daß sie die Rotation des Hohlrads relativ zum Gehäuse zuläßt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

daß die Getriebeanordnung (42) ferner eine zweite Kupplung (58) umfaßt, die im Startmodus so betätigbar ist, daß sie die Rotation des Planetenradträgers (60) relativ zum Hohlrad (48) zuläßt, und die im Laufmodus so betätigbar ist, daß sie das Hohlrad (48) mit dem Planetenradträger

(60) verriegelt.

27« Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet» daß sowohl die erste als auch die zweite Kupplung (50,

58) Ein-Richtungskupplungen sind.

28. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,

4*»ß die eiek-hr*iaehe Dynssojsssohine (28) sin Gehäuse uisfsßt •md daß die Getriebeanordnung (42) eine erste und eine zweite Kupplung (50, 58) aufweist, wobei die erste Kupplung im Startmodus so eingerückt ist, daß sie das Hohlrad (48) bezüglich des Gehäuses (26) stationär hält und im Laufmodus so ausgerückt ist, daß sie die Rotation den Hohlrings relativ zum Gehäuse zuläßt, wobei die zweite Kupplung im Startmodus ausgerückt ist, um die Rotation des Planetenradträgers (60) relativ zum Hohlrad (48) zu gestatten, und im Laufmodus eingerückt ist, um das Hohlrad (48) mit dem Planetenradträger (60) zu verriegeln, und daß sowohl die erste als auch die zweite Kupplung Ein-Richtungskupplungen sind.

29. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,

daß die Maschine (28) eine Permanentmagnetdynamo-Synchron-· maschine ist, die einen Rotor (30), der auf der Welle (34) befestigt ist, und einen Stator (32) aufwe:'s\_# wobei der Rotor während des Startmodus durch Zufuhr von elektrischer ₄; Energie zum Stator gestartet wird und in einer vorgegebenen Richtung in Rotation gehalten wird und wobei im Laufmodus ; 30 der Rotor in der vorgegebenen Richtung rotiert und der ^; Stator elektrische Leistung zur Verfügung stellt.