EP2847024A2 - Vibrationsdämpfung für einen range-extender - Google Patents

Vibrationsdämpfung für einen range-extender

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EP2847024A2
EP2847024A2 EP13724732.6A EP13724732A EP2847024A2 EP 2847024 A2 EP2847024 A2 EP 2847024A2 EP 13724732 A EP13724732 A EP 13724732A EP 2847024 A2 EP2847024 A2 EP 2847024A2
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EP
European Patent Office
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energy converter
electromechanical energy
range extender
rotor
internal combustion
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Withdrawn
Application number
EP13724732.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Vincent Benda
Peter Ebner
Richard Schneider
Bernhard Sifferlinger
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AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a range extender for a motor vehicle, in particular an electric motor vehicle, which has an electromechanical energy converter and an internal combustion engine, which can be coupled to the electromechanical energy converter for power transmission.
  • Range extender refers to additional units in an electric motor vehicle, which usually consist of an internal combustion engine that drives a generator to provide an energy storage device or an electric motor with electrical energy to expand the range of electric vehicles.
  • the range extender can recharge the energy storage device on the road or at least ensure that the electric motor vehicle can continue to travel.
  • the internal combustion engine of the range extender is usually started and stopped while driving without direct action of the driver, in particular as a function of the state of charge of the energy storage device.
  • the generation of electrical energy usually takes place by means of an electromechanical energy converter, ie an electric machine, which as a rule is a permanently excited synchronous machine.
  • the electromechanical energy converter usually has at least two operating modes, which are controlled by a corresponding control electronics: The generator mode is the normal operation of the range extender. Conversely, this can also be operated in motor mode. This mode is commonly used to start the internal combustion engine.
  • the electric driving feeling which results essentially from the particular performance characteristics of the electromechanical energy converter, which serves as a traction drive, and the elimination of the engine noise of the internal combustion engine in the drive train, should not be affected by the internal combustion engine of the range extender.
  • WO 97/08435 relates to a system for the active reduction of rotational irregularities of a shaft, in particular of the drive shaft of an internal combustion engine or of a shaft coupled or coupleable thereto.
  • This system comprises an electric machine which is coupled or couplable to the shaft, wherein a control device controls the electrical machine so that it counteracts positive and negative rotational irregularities of the shaft.
  • the present invention has for its object to provide an improved range extender, which reduces the above-mentioned problems in a motor vehicle with range extender.
  • NVH noise-vibration-harshness
  • integration into the rotor of the electromechanical energy converter damping can be done to save space.
  • Integration into the rotor advantageously means that the secondary mass of a two-mass oscillator, which serves as a vibration damper, is the rotor of the first electromechanical energy converter.
  • the primary mass of the dual mass oscillator sits directly on the shaft of the rotary piston machine. In this way, the number of additional components for a vibration damper is reduced. An electronic control of the damping is not necessary here. Rather, the vibration damping according to the invention is a simple, robust and cost-effective device.
  • An electromechanical energy converter in the context of the invention is used for the conversion of electrical energy into mechanical energy and vice versa. These include in particular electric motors and electric generators. Depending on the direction of the transmitted power, the electro-mechanical energy converters differentiate between motor mode, which transmits power from the electrical side to the mechanical side, and the generator mode with reverse power flow.
  • an internal combustion engine in the context of the invention is a heat engine to understand that converts a combustion process chemical energy of a fuel into mechanical energy.
  • a piston drive element In the operation of an internal combustion engine is usually displaced by the expansion of an air fuel mixture during combustion in a working chamber usually referred to as a piston drive element from the combustion chamber region, whereby this drives a drive shaft in motion, preferably in rotation.
  • a motor vehicle in the sense of the invention is a mobile means of transport which serves the transport of goods, tools or persons and is driven by a machine.
  • an electric motor vehicle is preferably a motor vehicle which is operated with electrical energy from an energy storage device, preferably an electrochemical energy store, an accumulator or a battery. If the energy storage device is emptied, it must be recharged either via the power grid or a mobile supply device, preferably a range extender or solar cells.
  • the damping of torsional vibrations of the shaft of the internal combustion engine is to be understood by structural elements, in particular a vibration damping to eliminate NVH.
  • structural elements in particular a vibration damping to eliminate NVH.
  • the periodic course of the four strokes, intake, compression, ignition, ejection in combination with the firing order of the individual cylinders or disks leads to rotational irregularities of the shaft and of the preferably connected flywheel.
  • the vibration damper is a dual-mass flywheel, a torsion damper or any other known torsional vibration damper.
  • Coupling to the power transmission in the sense of the invention is to be understood as a mechanical, fluid-mechanical, hydromechanical or magnetic power transmission. This is preferably done by a common wave, i.
  • the electromechanical energy converter and the internal combustion engine are corrugated.
  • NVH Noise, Vibration, Harshness (German: noise, vibration, roughness). Harshness refers to the audible as well as tactile vibration transition range from 20 to 100 Hz.
  • the cause of NVH is the local force of a vibration source in vibration transmitting media, such.
  • the internal combustion engine between the first electromechanical energy converter and a second electromechanical arranged mechanical energy converter wherein the second electromechanical energy converter is coupled to the internal combustion engine for power transmission and / or in the rotor of the second electromechanical energy converter, a vibration damping is integrated.
  • the mechanical energy of the internal combustion engine can be more efficiently converted into electrical energy. Further, lateral forces on the bearings of the internal combustion engine can be reduced because deflection of the shaft due to rotational irregularities of an internal combustion engine in operation with the guidance at both ends of the shaft is reduced by the two electromagnetic energy converters.
  • the internal combustion engine is a rotary piston machine.
  • a rotary piston machine is preferably to understand a device which performs a preferably substantially triangular piston during operation of the internal combustion engine in the housing rotation about a major axis, wherein the piston rotates about its own axis, which but also additionally moved on a preferred own circular path.
  • the piston performs a planetary motion about the major axis.
  • An advantage of the use of a rotary piston machine as an internal combustion engine is a higher smoothness in such a machine compared with a reciprocating engine.
  • such a rotary piston engine is a Wankel engine.
  • the invention can also be used in rotary piston machines with two, three or more juxtaposed pistons.
  • the invention can also be used with any other type of internal combustion engine, preferably a reciprocating engine.
  • the rotary piston machine has in a particularly advantageous manner in operation on a high smoothness, so that the occupants of a motor vehicle are not disturbed by vibrations. Furthermore, the rotary piston machine compared to a conventional gasoline or diesel engine to a much lower noise. Finally, much higher speeds can be achieved than with a reciprocating engine.
  • the rotor of the first and / or second electromechanical energy converter additionally has a absorber.
  • a absorber according to the invention is the eradication of vibration energy on the upsetting or stretching a material to understand.
  • the associated energy consumption or heat energy development is removed from the vibration and has a dampening effect.
  • the absorber is integrated into the rotor of the first and / or second electromechanical energy converter. Excess energy, which can not be smoothed by vibration damping, can be converted into heat energy by the absorber. Thus, a further reduction of vibrations is achieved.
  • Figure 1 is a schematic representation of a range extender of a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a range extender 1 according to a second embodiment of the invention.
  • a first embodiment of the invention will be explained in more detail.
  • the invention is described using the example of a range extender 1 with a rotary piston machine with a substantially triangular rotary piston as the internal combustion engine 3.
  • the rotary piston machine 3 is shown in cross-section, wherein the disc of the rotary piston machine 3 is rotated in the image plane, so that the Trochoidenform the disc and the triangular shape of the rotary piston or the rotor is visible.
  • the shaft 8 is represented by a circle.
  • the direction of rotation of the rotary piston machine is indicated by a clockwise arrow about the shaft 8, but the direction of rotation could also run counterclockwise.
  • the torsional vibration of the shaft 8 of the rotary piston machine 3 is indicated by double arrows.
  • the illustrated embodiment is only exemplary.
  • the machine could also be operated with any other type of internal combustion engine, in particular with a reciprocating piston engine, in particular a gasoline or diesel engine.
  • the range extender 1 preferably has a rotary piston machine 3 and an electromechanical energy converter 2.
  • the shaft 8 couples the rotary piston machine 3 with the electromechanical energy converter 2 for power transmission.
  • the rotary piston machine 3 and the first electro-mechanical energy converter 2 are thus wave-like, i. the rotor 5 of the electromechanical energy converter 2 is mounted on the shaft of the rotary piston machine 3.
  • the electromechanical energy converter 3 has a rotor 5 and a stator 7a, 7b, in which the rotor 5 rotates due to an alternating electromagnetic field during engine operation.
  • the electro-mechanical energy converter 2 is an electric machine, preferably a pole machine, more preferably an internal or external pole machine, more preferably an asynchronous machine, more preferably a self-excited asynchronous machine, and most preferably a reluctance machine.
  • the electromechanical energy converter 2 may be designed as a pure generator and / or generator motor. In the generator mode, this generates electrical energy by means of a torque which is provided to it via the shaft 8 of the rotary piston machine 3.
  • the electrical energy is generated by electromagnetic induction generated by the rotor 5 in the stator 7a, 7b of the first electromechanical energy converter 2.
  • This electrical energy is fed via a power electronics 10 in a circuit, in particular in a DC intermediate circuit of an electric motor vehicle. Alternatively or additionally, however, the electrical energy could also preferably be fed into the public power grid.
  • torsional vibrations are generated, which are excited by time-varying torques and are superimposed on the rotation of the shaft 8. These torsional vibrations are mainly due to the main harmonics of the gas and mass forces in the rotary piston machine 3.
  • a vibration damper 6a, 6b, 6c preferably a flywheel or dual mass flywheel is used. This is integrated in the rotor 5 of the first electromechanical energy converter 2. This means that for the Vibration damper 6 Although additional components are necessary, but these can be accommodated in a space-saving manner by the integration in the rotor 5.
  • the rotor 5 may preferably be the secondary flywheel of a dual-mass flywheel.
  • the primary flywheel is then preferably mounted directly on the common shaft 8 of the rotary piston engine 3 and the first electromechanical energy converter 2. More preferably, it is integrated with the shaft 8 and most preferably the shaft 8 is the primary flywheel.
  • the primary flywheel and the secondary flywheel are preferably coupled via steel or rubber springs 6b or any other type of elastic coupling means.
  • a balancing mass 9a integrated, which compensates for the imbalance of the eccentric and the rotary piston of the rotary piston machine 3.
  • a damper for the eradication of the vibrations is integrated, which is not shown in the figures. This can be implemented in particular by further elastic elements which are arranged between the primary flywheel mass 6a and the secondary flywheel mass 6c and by the extension or compression of which the vibration energy is converted into another energy form, preferably heat energy.
  • the balancing mass can also be distributed to both ends of the shaft 8, in which case two partial compensation masses 9a and 9b are present.
  • This second embodiment can advantageously be combined with the first embodiment of FIG. 1 explained above.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that also on the opposite side of the first electromechanical energy converter 2 with respect to the rotary piston machine 3, a second, second electromechanical energy converter 4 is provided which can also be coupled to the shaft 8 of the rotary piston machine 3 for power transmission is, preferably by a wave equality with the rotary piston machine 3 and / or the first electric mechanical energy converter 2.
  • the second electromechanical energy converter 4 has a vibration damper 12a, 12b, 12c, which is integrated into the rotor 11.
  • the balancing mass 9b is preferably integrated in the rotor 11 and the rotor preferably also has a further absorber, which dissipates further oscillation energy.
  • the rotor 11 of the second electromechanical energy converter 4 also rotates in a stator 13a, 13b, in which electrical energy is generated in generator operation.
  • This electrical energy is fed via a power electronics 14 in a power grid, preferably a DC intermediate circuit of an electric motor vehicle 14.
  • Range extenders according to the invention are preferably also usable in houses as cogeneration plant or as generator units in other mobile applications.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Range-Extender (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrokraftfahrzeug, mit einem ersten elektromechanischen Energiewandler (2); und einer Verbrennungskraftmaschine (3), die mit dem ersten elektromechanischen Energiewandler (2) zur Leistungsübertragung koppelbar ist, wobei in den Rotor (5) des ersten elektromechanischen Energiewandlers (2) ein Schwingungsdämpfer (6a, 6b, 6c) integriert ist.

Description

Vibrationsdämpfung für einen Range-Extender
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Range-Extender für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrokraftfahrzeug, welcher einen elektromechanischen Energiewandler und eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, die mit dem elektromechanischen Energiewandler zur Leistungsübertragung koppelbar ist.
Als Range-Extender bezeichnet man zusätzliche Aggregate in einem Elektrokraftfahrzeug, die in der Regel aus einem Verbrennungsmotor bestehen, welcher einen Generator antreibt, um eine Energiespeichereinrichtung bzw. einen Elektromotor mit elektrischer Energie zu versorgen, um die Reichweite von Elektrokraftfahrzeugen zu erweitern.
Zur Energieversorgung von Elektrokraftfahrzeugen werden üblicherweise Akkumulatoren bzw. Batterien als Energiespeichereinrichtung eingesetzt, die ortsgebunden über das Stromnetz aufgeladen werden. Ist kein Stromnetz vorhanden und neigt sich die verbliebene Energie in der Energieeinspeichereinrichtung dem Ende zu, so kann der Range- Extender die Energiespeichereinrichtung unterwegs wieder aufladen oder zumindest dafür sorgen, dass das Elektrokraftfahrzeug weiterfahren kann.
Bei Elektrokraftfahrzeugen mit einem Range-Extender wird die Verbrennungskraftmaschine des Range-Extenders in der Regel während der Fahrt ohne unmittelbare Einwirkung des Fahrers, insbesondere in Abhängigkeit vom Ladezustand der Energiespeichereinrichtung, gestartet und abgestellt. Die Erzeugung elektrischer Energie erfolgt üblicherweise mittels eines elektromechanischen Energiewandlers, d.h. einer Elektroma- schine, welche in der Regel eine permanent erregte Synchronmaschine ist. Der elektromechanische Energiewandler weist üblicherweise wenigstens zwei Betriebsmodi auf, welche durch eine entsprechende Steuerungselektronik gesteuert werden: Der Generatormodus ist der Normalbetrieb des Range-Extenders. Umgekehrt kann dieser auch im Motormodus betrieben werden. Dieser Modus wird üblicherweise genutzt, um die Verbrennungskraftmaschine zu starten.
Das Elektrofahrgefühl, welches sich im Wesentlichen aus den besonderen Leistungseigenschaften des elektromechanischen Energiewandlers, welcher als Traktionsantrieb dient, und dem Wegfall der Motorgeräusche der Verbrennungskraftmaschine im Antriebsstrang ergibt, sollte jedoch durch die Verbrennungskraftmaschine des Range- Extenders nicht beeinträchtigt werden.
Daher sollten Störfaktoren, die von der Verbrennungskraftmaschine bzw. dem elektromechanischen Energiewandler des Range-Extenders erzeugt werden, möglichst vermieden oder unterdrückt werden.
In der Regel sollten daher Geräusche beim Starten und im Betrieb des Range-Extenders sowie Vibrationen möglichst vermieden werden.
Die WO 97/08435 betrifft ein System zur aktiven Verringerung von Drehungleichförmig- keiten einer Welle, insbesondere der Triebwelle eines Verbrennungsmotors oder einer damit gekoppelten oder koppelbaren Welle. Dieses System weist eine elektrische Maschine auf, die mit der Welle gekoppelt oder koppelbar ist, wobei eine Steuereinrichtung die elektrische Maschine so steuert, dass diese positiven und negativen Drehungleich- förmigkeiten der Welle entgegenwirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Range- Extender zu schaffen, welcher die oben genannten Probleme in einem Kraftfahrzeug mit Range-Extender verringert.
Diese Aufgabe wird durch einen Range-Extender gemäss Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht. Bei dem erfindungsgemäßen Range-Extender ist daher in den Rotor des ersten elektro- mechanischen Energiewandlers ein Schwingungsdämpfer integriert.
Durch die in den Rotor integrierte Schwingungsdämpfung werden Schwingungen und somit NVH (Noisl-Vibration-Harshness) in jeder Fahrsituation verringert oder sogar ganz unterdrückt. Dies führt zu einem wesentlich verbesserten Fahrgefühl. Insbesondere durch die Integration in den Rotor des elektromechanischen Energiewandlers kann die Dämpfung platzsparend erfolgen. Integration in den Rotor bedeutet vorteilhafterweise, dass die Sekundärmasse eines Zweimassenschwingers, welcher als Schwingungsdämpfer dient, der Rotor des ersten elektromechanischen Energiewandlers ist. Bevorzugt sitzt die Primärmasse des Zweimassenschwingers dabei direkt auf der Welle der Rotationskolbenmaschine. Auf diese Weise wird die Anzahl zusätzlicher Bauteile für einen Schwingungsdämpfer verringert. Auch eine elektronische Steuerung der Dämpfung ist hier nicht notwendig. Vielmehr handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfung um eine einfache, robuste und kostengünstige Vorrichtung.
Ein elektromechanischer Energiewandler im Sinne der Erfindung dient zur Umformung von elektrischer Energie in mechanische Energie und umgekehrt. Zu diesen zählen insbesondere Elektromotoren und elektrische Generatoren. Je nach Richtung der übertragenen Leistung wird bei den elektromechanischen Energiewandlern zwischen Motormodus, dabei wird Leistung von der elektrischen Seite zu der mechanischen Seite übertragen, und dem Generatormodus mit ungekehrtem Leistungsfluss unterschieden.
Unter einer Verbrennungskraftmaschine im Sinne der Erfindung ist eine Wärmekraftmaschine zu verstehen, die über einen Verbrennungsvorgang chemische Energie eines Kraftstoffs in mechanische Energie umwandelt. Beim Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine wird gewöhnlich durch die Expansion eines Luftbrennstoffgemischs bei der Verbrennung in einer Arbeitskammer ein üblicherweise als Kolben bezeichnetes Antriebselement aus dem Brennraumbereich verdrängt, wodurch dieser eine Antriebswelle in Bewegung, vorzugsweise in Rotation versetzt.
Ein Kraftfahrzeug im Sinne der Erfindung ist ein mobiles Verkehrsmittel, dass dem Transport von Gütern, Werkzeugen oder Personen dient und maschinell angetrieben wird. Unter Elektrokraftfahrzeug ist im Sinne der Erfindung bevorzugt ein Kraftfahrzeug zu verstehen, welches mit elektrischer Energie aus einer Energiespeichereinrichtung, vorzugsweise ein elektrochemischer Energiespeicher, ein Akkumulator bzw. eine Batterie, betrieben wird. Ist die Energiespeichereinrichtung entleert, muss diese entweder über das Stromnetz oder eine mobile Versorgungseinrichtung, vorzugsweise ein Range- Extender oder Solarzellen, wieder aufgeladen werden.
Unter Schwingungsdämpfer im Sinne der Erfindung ist die Dämpfung der Drehschwingungen der Welle der Verbrennungskraftmaschine durch konstruktive Elemente zu verstehen, insbesondere eine Schwingungsdämpfung zur Beseitigung von NVH. Bei Vier- takthubkolbenmaschinen, aber auch bei Rotationskolbenmaschinen führt der periodische Ablauf der vier Takte, Ansaugen, Verdichten, Zünden, Ausstoßen in Kombination mit der Zündfolge der einzelnen Zylinder bzw. Scheiben zu Drehungleichförmigkeiten der Welle und des bevorzugterweise angeschlossenen Schwungrads. Bei einem solchen Antriebsstrang entsteht aufgrund der darin enthaltenen Trägheit und Steifigkeit ein drehschwin- gungsfähiges Gebilde mit charakteristischen Eigenfrequenzen, die bei durch einen Hubkolbenmotor oder eine Rotationskolbenmaschine eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten zwangsläufig zu Drehschwingungen der Welle führen. Besonders bevorzugt ist der Schwingungsdämpfer ein Zweimassenschwungrad, ein Torsionsdämpfer oder jeder andere bekannte Drehschwingungsdämpfer.
Unter Kopplung zur Leistungsübertragung im Sinne der Erfindung ist eine mechanische, fluidmechanische, hydromechanische oder magnetische Leistungsübertragung zu verstehen. Bevorzugt geschieht dies durch eine gemeinsame Welle, d.h. der elektromecha- nische Energiewandler und die Verbrennungskraftmaschine sind wellengleich.
Ein wichtiges Kriterium für die Beurteilung des Fahrgefühls des Fahrers stellt dabei NVH dar, welches für Noise, Vibration, Harshness (Deutsch: Geräusch, Vibration, Rauheit) steht. Harshness bezeichnet dabei den sowohl hörbaren als auch fühlbaren Schwingungsübergangsbereich von 20 bis 100 Hz. Generell ist die Ursache für NVH die lokale Krafteinleitung einer Schwingungsquelle in schwingungsübertragende Medien, wie z. B. die mechanische Struktur in Kraftfahrzeugen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbrennungskraftmaschine zwischen dem ersten elektromechanischen Energiewandler und einem zweiten elektro- mechanischen Energiewandler angeordnet, wobei auch der zweite elektromechanische Energiewandler mit der Verbrennungskraftmaschine zur Leistungsübertragung gekoppelt ist und/oder in dem Rotor des zweiten elektromechanischen Energiewandlers eine Vibrationsdämpfung integriert ist.
Durch den zweiten elektromechanischen Energiewandler kann die mechanische Energie der Verbrennungskraftmaschine noch effizienter in elektrische Energie umgewandelt werden. Ferner können Querkräfte auf die Lager der Verbrennungskraftmaschine vermindert werden, da eine Durchbiegung der Welle aufgrund von Drehungleichförmigkei- ten einer Verbrennungskraftmaschine im Betrieb mit der Führung an beiden Enden der Welle durch die beiden elektromagnetischen Energiewandler reduziert wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbrennungskraftmaschine eine Rotationskolbenmaschine.
Unter einer Rotationskolbenmaschine im Sinne der Erfindung ist bevorzugt eine Einrichtung zu verstehen, welche ein vorzugsweise im Wesentlichen dreieckiger Kolben während des Betriebs der Brennkraftmaschine in deren Gehäuse eine Rotation um eine Hauptachse ausführt, wobei sich der Kolben um seine eigene Achse dreht, welche sich aber auch zusätzlich auf einer bevorzugt eigenen Kreisbahn bewegt. Anders ausgedrückt führt der Kolben eine planetenartige Bewegung um die Hauptachse aus. Vorteilhaft an der Verwendung einer Rotationskolbenmaschine als Verbrennungskraftmaschine ist eine höhere Laufruhe in einer solchen Maschine im Vergleich mit einer Hubkolbenmaschine. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine solche Rotationskolbenmaschine ein Wankelmotor. Die Erfindung kann auch bei Rotationskolbenmaschinen mit zwei, drei oder mehr nebeneinander angeordneten Kolben eingesetzt werden. Ferner kann die Erfindung auch mit jeder anderen Art von Verbrennungskraftmaschine, vorzugsweise einer Hubkolbenmaschine, verwendet werden.
Die Rotationskolbenmaschine weist in besonders vorteilhafter Weise im Betrieb eine hohe Laufruhe auf, so dass die Insassen eines Kraftfahrzeugs nicht durch Vibrationen gestört werden. Ferner weist die Rotationskolbenmaschine gegenüber einem herkömmlichen Otto- oder Dieselmotor eine wesentlich geringere Geräuschentwicklung auf. Schließlich können wesentlich höhere Drehzahlen als mit einem Hubkolbenmotor erreicht werden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Rotor des ersten und/oder zweiten elektromechanischen Energiewandlers zusätzlich einen Tilger auf.
Unter einem Tilger im Sinne der Erfindung ist die Tilgung von Schwingungsenergie über das Stauchen oder Strecken eines Materials zu verstehen. Der damit einhergehende Energieverbrauch bzw. die Wärmeenergieentwicklung wird der Schwingung entzogen und wirkt dämpfend. Vorzugsweise ist auch der Tilger in den Rotor des ersten und/oder zweiten elektromechanischen Energiewandlers integriert. Durch den Tilger kann überschüssige Energie, welche durch die Vibrationsdämpfung nicht geglättet werden kann, in Wärmeenergie umgewandelt werden. Somit wird eine weitere Reduzierung von Schwingungen erreicht.
Obige sowie weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Darin zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Range-Extenders einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Range-Extenders 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Bezug nehmend auf Figur 1 wird eine erste Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Die Erfindung wird dabei am Beispiel eines Range-Extenders 1 mit Rotationskolbenmaschine mit einem im Wesentlichen dreieckigen Rotationskolben als Verbrennungskraftmaschine 3 beschrieben. Die Rotationskolbenmaschine 3 wird im Querschnitt dargestellt, wobei die Scheibe der Rotationskolbenmaschine 3 in die Bildebene gedreht ist, so dass die Trochoidenform der Scheibe und die Dreiecksform des Rotationskolbens bzw. des Rotors sichtbar wird. Die Welle 8 wird dabei durch einen Kreis dargestellt. Die Drehrichtung der Rotationskolbenmaschine wird durch einen Pfeil im Uhrzeigersinn um die Welle 8 angedeutet, die Drehrichtung könnte jedoch auch gegen den Uhrzeigersinn verlaufen. Ferner wird die Drehschwingung der Welle 8 der Rotationskolbenmaschine 3 durch Doppelpfeile angedeutet. Die dargestellte Ausführungsform ist jedoch nur beispielhaft. Die Maschine könnte ebenso mit jeder anderen Art von Verbrennungskraftmaschine, insbesondere mit einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einem Otto- oder Dieselmotor betrieben werden.
Der Range-Extender 1 weist bevorzugt eine Rotationskolbenmaschine 3 und einen elekt- romechanischen Energiewandler 2 auf. Bevorzugterweise koppelt die Welle 8 die Rotationskolbenmaschine 3 mit dem elektromechanischen Energiewandler 2 zur Leistungsübertragung. Vorzugsweise sind die Rotationskolbenmaschine 3 und der erste elektro- mechanische Energiewandler 2 also wellengleich, d.h. der Rotor 5 des elektromechanischen Energiewandlers 2 ist auf der Welle der Rotationskolbenmaschine 3 gelagert.
Der elektromechanische Energiewandler 3 weist einen Rotor 5 und einen Stator 7a, 7b auf, in welchem sich der Rotor 5 aufgrund eines elektromagnetischen Wechselfelds im Motorbetrieb dreht. Der elektromechanische Energiewandler 2 ist eine Elektromaschine, bevorzugt eine Polmaschine, bevorzugter eine Innen- oder Außenpolmaschine, noch bevorzugter eine Asynchronmaschine, besonders bevorzugt eine selbsterregte Asynchronmaschine und am bevorzugtesten eine Reluktanzmaschine.
Der elektromechanische Energiewandler 2 kann als reiner Generator und/oder Generatormotor ausgebildet sein. Im Generatormodus erzeugt dieser elektrische Energie durch ein Drehmoment, welches diesem über die Welle 8 der Rotationskolbenmaschine 3 bereitgestellt wird. Die elektrische Energie entsteht dabei durch elektromagnetische Induktion, die der Rotor 5 im Stator 7a, 7b des ersten elektromechanischen Energiewandlers 2 erzeugt. Diese elektrische Energie wird über eine Leistungselektronik 10 in einen Stromkreis, insbesondere in ein Gleichstromzwischenkreis eines Elektrokraftfahrzeugs eingespeist. Alternativ oder zusätzlich könnte die elektrische Energie aber auch bevorzugt in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.
Im Verbrennungsbetrieb der Rotationskolbenmaschine 3 entstehen Drehschwingungen, welche durch zeitlich veränderliche Drehmomente angeregt werden und der Rotation der Welle 8 überlagert sind. Diese Drehschwingungen entstehen hauptsächlich durch die Hauptharmonischen der Gas- und Massenkräfte in der Rotationskolbenmaschine 3. Um diese Drehschwingung zu glätten, wird ein Schwingungsdämpfer 6a, 6b, 6c, bevorzugt ein Schwungrad oder Zweimassenschwungrad eingesetzt. Dieses ist in dem Rotor 5 des ersten elektromechanischen Energiewandlers 2 integriert. Dies bedeutet, dass für den Schwingungsdämpfer 6 zwar zusätzliche Bauteile notwendig sind, diese jedoch durch die Integration in den Rotor 5 platzsparend untergebracht werden können. So kann, wie in der Figur 1 dargestellt, vorzugsweise der Rotor 5 die sekundäre Schwungmasse eines Zweimassenschwungrades sein. Die primäre Schwungmasse ist dann vorzugsweise direkt auf der gemeinsamen Welle 8 der Rotationskolbenmaschine 3 und des ersten elektromechanischen Energiewandlers 2 angebracht. Noch bevorzugter ist sie in die Welle 8 integriert und am bevorzugtesten ist die Welle 8 die primäre Schwungmasse. Die primäre Schwungmasse und die sekundäre Schwungmasse werden dabei bevorzugt über Stahl oder Gummifedern 6b oder jede andere Art von elastischen Kopplungsmitteln gekoppelt.
Des Weiteren ist in dem Rotor 5 bevorzugt auch eine Ausgleichsmasse 9a integriert, die die Unwucht des Exzenters bzw. des Rotationskolbens der Rotationskolbenmaschine 3 ausgleicht. Des Weiteren ist in dem Rotor 5 bevorzugt auch ein Tilger zum Tilgen der Schwingungen integriert, welcher in den Figuren nicht dargestellt ist. Dieser kann insbesondere durch weitere elastische Elemente umgesetzt sein, die zwischen der primären Schwungmasse 6a und der sekundären Schwungmasse 6c angeordnet sind und durch deren Streckung bzw. Stauchung die Schwingungsenergie in eine andere Energieform, bevorzugt in Wärmeenergie umgewandelt wird.
Die Ausgleichsmasse kann auch auf beide Enden der Welle 8 verteilt sein, wobei dann zwei Teilausgleichsmassen 9a und 9b vorhanden sind.
Bezug nehmend auf Figur 2 wird nunmehr eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Range-Extenders 1 beschrieben.
Diese zweite Ausführungsform ist in vorteilhafter Weise mit der im vorhergehenden erläuterten ersten Ausführungsform der Figur 1 kombinierbar.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass auch auf der gegenüberliegenden Seite des ersten elektromechanischen Energiewandlers 2 in Bezug auf die Rotationskolbenmaschine 3 ein weiterer, zweiter elektromechanischer Energiewandler 4 vorgesehen ist, welcher ebenfalls mit der Welle 8 der Rotationskolbenmaschine 3 zur Leistungsübertragung koppelbar ist, bevorzugt durch eine Wellengleichheit mit der Rotationskolbenmaschine 3 und/oder des ersten elektro- mechanischen Energiewandlers 2. Auch der zweite elektromechanische Energiewandler 4 weist einen Schwingungsdämpfer 12a, 12b, 12c auf, welcher in den Rotor 11 integriert ist. Ferner ist auch die Ausgleichsmasse 9b bevorzugt in den Rotor 11 integriert und der Rotor weist vorzugsweise auch einen weiteren Tilger auf, der weitere Schwingungsenergie abführt. Auch der Rotor 11 des zweiten elektromechanischen Energiewandlers 4 dreht sich in einem Stator 13a, 13b, in welchen im Generatorbetrieb elektrische Energie erzeugt wird. Auch diese elektrische Energie wird über eine Leistungselektronik 14 in ein Stromnetz, bevorzugt ein Gleichstromzwischenkreis eines Elektrokraftfahrzeugs 14, eingespeist.
Erfindungsgemäße Range-Extender sind bevorzugterweise auch in Häusern als Blockheizkraftwerk oder als Generatoreinheiten bei anderen mobilen Anwendungen einsetzbar.
Bezugszeichenliste:
Range-Extender 1
Erster elektromechanischer Energiewandler 2
Rotationskolbenmaschine 3
Zweiter elektromechanischer Energiewandler 4
Rotor des ersten elektromechanischen Energiewandlers 5
Schwingungsdämpfer des ersten elektromechanischen Energiewandlers 6a, 6b, 6c
Stator des ersten elektromechanischen Energiewandlers 7a, 7b
Welle 8
Ausgleichsmasse 9a, 9b
Leistungselektronik 10, 14
Rotor des zweiten elektromechanischen Energiewandlers 11
Schwingungsdämpfer des zweiten elektromechanischen Energiewandlers 12a, 12b, 12c
Stator des zweiten elektromechanischen Energiewandlers 13a, 14a

Claims

Patentansprüche
1. Range-Extender (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektrokraftfahrzeug, aufweisend:
einen ersten elektromechanischen Energiewandler (2); und
eine Verbrennungskraftmaschine (3), die mit dem ersten elektromechanischen Energiewandler (2) zur Leistungsübertragung koppelbar ist,
wobei in den Rotor (5) des ersten elektromechanischen Energiewandlers (2) ein Schwingungsdämpfer (6a, 6b, 6c) integriert ist.
2. Range-Extender nach Anspruch 1 , wobei die Verbrennungskraftmaschine (3) zwischen dem ersten elektromechanischen Energiewandler (2) und einem zweiten elektromechanischen Energiewandler (4) angeordnet ist, wobei auch der zweite elektro- mechanische Energiewandler (4) mit der Verbrennungskraftmaschine (2) zur Leistungsübertragung gekoppelt ist und/oder in dem Rotor (11) des zweiten elektromechanischen Energiewandlers (4) ein Schwingungsdämpfer (12a, 12b, 12c) integriert ist.
3. Range-Extender (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbrennungskraftmaschine (3) eine Rotationskolbenmaschine ist.
4. Range-Extender (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwingungsdämpfer (6a, 6b, 6c, 12a, 12b, 12c) ein Zwei-Massen-Schwungrad ist.
5. Range-Extender (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Rotor (5, 11) des ersten und/oder zweiten elektromechanischen Energiewandlers (2, 4) zusätzlich ein Tilger integriert ist. Range-Extender (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kopplung durch eine gemeinsame Welle (8) erfolgt.
Range-Extender (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Rotor (5, 11) des ersten und/oder zweiten elektromechanischen Energiewandlers (2, 4) zusätzlich eine Ausgleichsmasse (9a, 9b) integriert ist.
Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrokraftfahrzeug, mit einem Range-Extender (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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