JP2814309B2 - 少なくとも１つのクラッチを有する電気機械 - Google Patents

少なくとも１つのクラッチを有する電気機械

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JP2814309B2
JP2814309B2 JP6518527A JP51852794A JP2814309B2 JP 2814309 B2 JP2814309 B2 JP 2814309B2 JP 6518527 A JP6518527 A JP 6518527A JP 51852794 A JP51852794 A JP 51852794A JP 2814309 B2 JP2814309 B2 JP 2814309B2
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マンネスマン・アクチエンゲゼルシャフト
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    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に記載の少な
くとも１つの内蔵形クラッチを有する電気機械に関す
る。
自動車の比燃料消費量を低減する努力に関連して、ハ
イブリッド駆動装置を有する自動車が公知となってい
る。この自動車は、内燃機関と、第１図に概念的に示さ
れている変速機を有する従来のパワートレーン（動力伝
達装置）とを有する。内燃機関６と変速機７との間に
は、電気機械が配置され、この電気機械は、非同期機械
として形成され、選択的に（自動車作動及び内燃機関６
の始動の際には）電動機として、又は発電機として作動
可能である。軸方向に見て、この電気機械の内部回転子
１の互いに対向して位置する側面の外部に、２つのトル
ク伝達クラッチ3,4が、配置されている。この電気機械
の固定子２は、半径方向に見て外部領域内に位置し、駆
動エネルギーを供給する蓄電池５に電気的に接続可能で
ある。
回転子１は二重の機能を有する。何故ならば回転子１
は内燃機関６のためのディスクフライホイールとしても
作動するからである。このために、対応する作動モード
では電気機械に設けられており内燃機関６に面するクラ
ッチ３がスイッチオンされ、これにより内燃機関６のク
ランク軸8aと回転子１との間に相互回転不能な接続が形
成される。機械的な駆動エネルギーを軸8bを介して変速
機７に伝達するために、クラッチ４もスイッチオンされ
る。純粋な電気的駆動が蓄電池５から電流を取出すこと
により行われる作動モードの場合、内燃機関６に面する
クラッチ３はスイッチオフされ、他方のクラッチ４のみ
がスイッチオンされる。クラッチ3,4のこの切換え状態
は、電気機械が発電機として作動されその際に蓄電池５
が充電されて自動車が制動される作動モードにおいても
現れる。しかしその際制動効果を強化するために、第１
のクラッチ３がスイッチオンされ、これにより内燃機関
６も制動作用を発揮する。
クラッチ3,4を回転子１の端面に直接にフランジ接続
することにより、比較的コンパクトな構造が得られる。
この公知の解決法の１つの重大な欠点は、電気機械の出
力及び最大トルクが、内燃機関６の対応する値に比して
大幅に小さいことにある。従って、このハイブリッド駆
動装置は、純粋に電気的な作動モードでは非常に小さい
走行出力しか供給できない。熱に変換された損失出力を
排出するために、冷却ブロワが設けられている。
ドイツ特許出願第3230121号明細書から、内燃機関と
変速機との間に配置され動力を入出力するクラッチを有
する外部回転子形電動機が公知であり、この場合、回転
子は、固定子に対して半径方向に見て外側に位置する。
本発明の課題は、冒頭に記載の電気機械を改善して、
軸方向にできるだけコンパクトな構造を実現し、大幅に
大きいトルクと出力密度とを可能にし、高い機能確実性
を保証することにある。
上記課題は、本発明により、請求の範囲第１項の特徴
部分に記載の特徴により解決される。本発明の有利な実
施例は、請求の範囲第２項〜第12項に記載されている。
次に本発明の図に基づいて詳細に説明する。
第１図は公知のハイブリッド駆動装置の概念図、第２
図は本発明の電気機械を有するハイブリッド駆動装置の
概念図、第３図は第２図の電気機械の１つの変形実施例
の概念図、第４図は本発明の電気機械の回転子の一部を
詳細に示す断面図である。
第１図の公知のハイブリッド駆動装置の機能は冒頭で
詳細に説明した。第２図に示されているパワートレーン
は基本的に第１図のものと同様に動作し、従って以下に
おいて両者の相違点のみを説明する。第２図〜第４図に
おいて、第１図の場合と同一の機能の部分は同一の参照
番号が付けられている。
第１図と異なり、第２図の選択的に電動機又は発電機
として作動可能な電気機械は外部回転子形機械であり、
ほぼ円筒形で外部に位置する回転子１を有する。これ
は、電子転流回路を有する同期機械である。回転子１の
中には固定２が配置されており、回転子２は図示されて
いない電気巻線を備える。回転子１には対応して永久磁
石が設けられている。固定子２への給電のための電子転
流回路は図示されていない。電動機の２つの機能部分
（回転子１及び固定子２）の間には円筒形の空隙９が存
在する。この構成は非常に大きいトルクの発生を可能に
する。何故ならば空隙９は大幅に外方へ配置することが
できるからである。回転子１は車輪と同様に横断面が部
分的に鍵の歯のように凹凸状に形成されているハブ部分
1aを有し、このハブ部分1aは固定子２の中に支承され、
切換え可能なクラッチ４の機能部分自身を形成するか、
又はこの機能部分に固定接続されている。クラッチ４の
他方の機能部分は、変速機７につながる軸8bに接続され
ている。クラッチ４は外方から同軸に回転子１のハブ部
分1aの中に入れられ、従って同時に固定子２の中にも位
置する。有利にはクラッチ４は固定子２の輪郭の軸方向
の限界表面である端面を越えることがないか又は僅かし
か越えず、回転子１の軸方向の限界表面である端面をも
越えることがないか又は僅かしか越えない。これによ
り、軸方向に非常にコンパクトな構成が保証される。多
数の用途において、クラッチの中に、（図示されていな
い）回転振動減衰装置を設けると有利である。
この電気機械にただ１つのクラッチを設けるだけでも
多数の用途において使用可能な本発明の実施例となる。
第２図のハイブリッド駆動装置の例のように第２のクラ
ッチ（クラッチ３）を必要とする場合、第２のクラッチ
も固定子２の中に同様に設けられる。のため回転子１の
ハブ部分1aに第２のハブ部分1bが接続され、第２のハブ
部分1bは切換え可能なクラッチ３の機能部分も形成する
か又はクラッチ３の機能部分に接続されている。クラッ
チ３の第２の機能部分は回転不能にクランク軸8aに接続
されている。２つのクラッチ3,4は有利には完全に固定
子２又は回転子１の容積の中に入れられ、従って軸方向
の構造長を非常に短く保持できる。
クラッチ3,4として、例えば多板クラッチ又は液圧又
空圧作動形乾式クラッチ等の異なるタイプが適する。有
利には電気作動される磁性粒子クラッチを使用する。ク
ラッチの形式と無関係にスイッチオン及びスイッチオフ
を自動化することが推奨される。
永久磁石励磁形の外部回転子形機械としての構成は、
比較的コンパクトな寸法で、大きいトルクと高い出力と
を保証する。更に回転子１は公知のように、内燃機関６
のためのディスクフライホイールとして使用でき、この
場合のディスクフライホイールは従来技術の場合に比し
て大幅に効果的である。何故ならばこの場合のディスク
フライホイールは大きい半径を有する円筒上に配置され
ているからである。固定子２の巻線の中の出力損失によ
り発熱する熱の放出のためには有利には液体冷却装置
（図示せず）が設けられ、液体冷却装置は空気冷却装置
に比して効率的に動作し構成がコンパクトである。
第２図に対して変形されているが、しかし同様に２つ
のクラッチ3,4を有する本発明の実施例の第３図が示さ
れている。この場合クラッチ3,4は軸方向に直接に順次
に配置され、ともに同一の側から固定子２の中に入れら
れ、固定子２はこの場合壷形ケーシング形状を有する。
この構造の基本的機能は第２図の場合と対応し、この構
造の重要な利点はクラッチ作動の機構を変速機側から接
続でき、電動機クランク軸への直接的なフランジ接続を
軸方向の中間空間を残さずに実現できることにある。空
隙９は、変速機７に面する側でケーシング状ハブ部分1a
により密封されて覆われる。これにより、クラッチ3,4
の摩擦により発生し場合によっては強磁性成分を含む粉
塵が回転子１の永久磁石に簡単に到達し空隙９の領域内
に蓄積し場合によっては障害を発生することが、防止さ
れる。このような粉塵は、回転子ケーシングの外部の回
りを巡って移動しないと、内燃機関６に面する側から空
隙９の中に侵入できない。必要な場合には更に確実な障
害発生防止策を施すことができる。すなわち、そのため
には第４図に示されているように永久磁石12とハブ部分
1aとの間に空隙９に対して密封されているリング状収集
室10を形成する。この収集室10は、ハブ部分1aの中の複
数の開口11を介して変速機７に面する側から接近可能で
ある。そしてこの収集室10は、複数の個別の収集室に分
割できる。クラッチ3,4で摩擦により発生した強磁性の
塵埃が変速機側から外方に出る場合、この塵埃はハブ1a
に沿って外方へ移動しなければならない。塵埃は外周に
到達する前に開口11を通過しなければならず、その際、
塵埃は永久磁石12により吸引され収集室10の中に磁気的
に固定保持される。その際何等の損傷も発生しない。
永久磁石励磁形同期機械による本発明の実施例は、非
同期機械による公知の実施例に比して別の１つの重要な
利点を有する。公知の実施例は、空隙の変化に対して非
常に敏感であり、この空隙は、効果的な作用を保証する
には0.1〜0.2mmの領域内になければならない。この領域
からずれると作用が大幅に劣化することを覚悟しなけれ
ばならない。非同期機械は、（クランク軸への直接的な
フランジ接続が行われている場合）、内燃機関のクラン
ク軸の遊びに対して非常に敏感である。従って、高い効
率を保証したい場合、相応して狭い公差を有する支承の
ための付加的手段を大きいコストをかけて実現しなけれ
ばならない。これに対して同期機械を使用する場合、こ
のような付加的コストは不要である。
本発明の利点は、次の例により更に明瞭となる。
比較例： 第１図のハイブリッド駆動装置を有する自動車は、駆
動装置組立として最大トルク110Nmの出力55kWのディー
ゼルモータを有する。電気非同期機械（内燃機関・発電
機）の直径は約250mmであり、軸方向構造長は約85mmで
ある。これらの寸法で、電力は（2000rpmで）7.5kWであ
り、最大持続トルクは、約80Nmである。従って、純粋に
電気的な走行作動の場合、対応する内燃機関作動に比し
て小さい走行出力となる（出力は最大14％、トルクは最
大73％）。
本発明： 同一の内燃機関を基礎にして、第３図の本発明の１つ
の有利な実施例は、永久磁石励磁型で320mmの直径と147
mmの軸方向構造長とを有する電気同期機械を有する。最
大電力は（18000rpmで）25kWであり、最大トルクは400N
mである。例えば第１図の場合に比して、電力は約230％
大きく、最大トルクは約400％大きく、これらの値は機
械寸法が比較的僅かしか増加していない（直径は28％増
加し、構造長は73％増加している）にもかかわらず得ら
れる。更に本発明の別の１つの利点は内燃機関のフライ
ホイール作用が改善されることにあり、これは外部回転
子形構造に起因する。とりわけ、トルクが大幅に増加す
ることにより重要な利点が得られるのは、電動機が内燃
機関のスタータとして動作する場合である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 7/108

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】固定子（２）と、外部回転子形電気機械の
    回転子として形成されて外部に配置されているほぼ円筒
    形の回転子（１）と、前記固定子（２）と前記回転子
    （１）との間に位置する円筒形の空隙（９）と、前記回
    転子（１）とクランク軸及び／又は変速機軸との間に配
    置されトルクを伝達するために切換え可能である内蔵ク
    ラッチ（3,4）とを有する、選択的に電動機又は発電機
    として作動可能でありとりわけハイブリッド駆動装置付
    き自動車のパワートレーンの中に組込み可能である電気
    機械において、 前記クラッチ（３及び／又は４）が、内部に位置する前
    記固定子（２）の中に配置されていることを特徴とする
    電気機械。
  2. 【請求項２】電気機械が、電子転流回路を有する同期機
    械として形成され、回転子（１）が、多数の永久磁石
    （12）を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記
    載の電気機械。
  3. 【請求項３】軸方向に関して互いに反対向きの固定子
    （２）の端面の領域内に２つのクラッチ（3,4）が配置
    されていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２
    項に記載の電気機械。
  4. 【請求項４】２つのクラッチ（3,4）が設けられ、固定
    子（２）がほぼ壷状のケーシング形状を有し、前記両ク
    ラッチ（3,4）が前記壷状ケーシングの中に直接に順次
    に配置されてなることを特徴とする請求の範囲第１項又
    は２項に記載の電気機械。
  5. 【請求項５】クラッチ（3,4）が電気的に作動されるこ
    とを特徴とする請求の範囲第１項から第４項のうちのい
    ずれか１つの項に記載の電気機械。
  6. 【請求項６】クラッチ（3,4）の作動が自動化されてい
    ることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項のうち
    のいずれか１つの項に記載の電気機械。
  7. 【請求項７】クラッチ（3,4）が磁性粒子クラッチとし
    て形成されていることを特徴とする請求の範囲第５項又
    は第６項に記載の電気機械。
  8. 【請求項８】クラッチ（3,4）が多板クラッチ又は液圧
    又は空圧作動形乾式クラッチとして形成されている請求
    の範囲第１項から第６項のうちのいずれか１つの項に記
    載の電気機械。
  9. 【請求項９】クラッチ（3,4）のうちの少なくとも１つ
    にねじりダンパが設けられていることを特徴とする請求
    の範囲第８項に記載の電気機械。
  10. 【請求項１０】前記クラッチ（3,4）が軸方向に固定子
    （２）又は回転子（１）の端面側輪郭を軸方向に全く越
    えないか又は僅かしか越えないように、クラッチ（3,
    4）が固定子（２）の中に内蔵されていることを特徴と
    する請求の範囲第１項から第９項のうちのいずれか１つ
    の項に記載の電気機械。
  11. 【請求項１１】電気機械の中で発生する損失熱を排出す
    る液体冷却装置が設けられていることを特徴とする請求
    の範囲第１項から第10項のうちのいずれか１つの項に記
    載の電気機械。
  12. 【請求項１２】回転子（１）がケーシング状のハブ部分
    （1a）を有し、このハブ部分が壷状の固定子ケーシング
    の開放側に面する側で前記空隙（９）を外部に対して密
    封するように拡がり、永久磁石（12）の端面とケーシン
    グ状のハブ部分（1a）との間に少なくとも１つの収集室
    （10）が形成され、前記収集室（10）は前記空隙（９）
    に対して密封閉鎖され、少なくとも１つの前記収集室
    （10）への開口（11）がケーシング状のハブ部分（1a）
    の中に設けられていることを特徴とする請求の範囲第２
    項又は第４項に記載の電気機械。
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