DE10258654B4

DE10258654B4 - Starter-Generator

Info

Publication number: DE10258654B4
Application number: DE2002158654
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr. Betsch
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2022-12-14
Also published as: DE10258654A1

Abstract

Starter-Generator für eine Brennkraftmaschine (6), insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
– mit einem Rotor (2), der mit einer Kurbelwelle (5) der Brennkraftmaschine (6) oder mit einer mit der Kurbelwelle (5) antriebsverbundenen Getriebeeingangswelle (7) eines Getriebes (8) drehfest verbunden ist,
– mit einem Stator (3), der an einer dem Getriebe (8) zugewandten Stirnseite (10) eines Kurbelgehäuses (9) der Brennkraftmaschine (6) mit dem Kurbelgehäuse (9) fest verbunden ist,
– wobei der Stator (3) an seiner der Kurbelgehäuse-Stirnseite (10) zugewandten Stirnseite (16) wenigstens eine axiale Aussparung (18) aufweist, in welche im Einbauzustand ein von der Kurbelgehäuse-Stirnseite (10) axial abstehender Vorsprung (17) axial eindringt,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Aussparung (18) bei einem mehrpoligen Stator (3) dadurch ausgebildet ist, dass wenigstens eine Polspule oder Polwicklung des Stators (3) in axialer Richtung kürzer ausgebildet ist als die dazu benachbarten Polspulen oder Polwicklungen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Starter-Generator für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Ein Starter-Generator kann in einem Starter-Zustand betrieben werden, in dem er als Elektromotor arbeitet und zum Starten einer Brennkraftmaschine verwendet werden kann. Des Weiteren kann der Starter-Generator auch in einem Generator-Zustand betrieben werden, in dem er als Generator arbeitet, von der Brennkraftmaschine angetrieben werden kann und als Lichtmaschine dient. Da ein solcher Starter-Generator sowohl die Funktion eines Starters als auch die einer Lichtmaschine in sich vereint, benötigt die damit ausgestattete Brennkraftmaschine weniger Bauraum. Eine besonders kompakte Bauweise kann dadurch erreicht werden, dass der Starter-Generator konzentrisch zur Kurbelwelle zwischen einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeordnet ist. Ein Rotar des Starter-Generators ist dann drehfest mit der Kurbelwelle oder mit einer Getriebeeingangswelle verbunden, die ihrerseits drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist. Ein Stator des Starter-Generators kann dann an einer dem Getriebe zugewandten Stirnseite des Kurbelgehäuses befestigt sein.

Ein gattungsbildender Startergenerator ist z.B. in der DE 19983453 T1 offenbart. Die dem Motorblock zugewandte Stirnseite des Startergenerators weißt hierbei Ausnehmungen auf, in welche im Einbauzustand ein vom Motorblock abstehender Vorsprung, z.B. Rippungen der Ölwanne oder des Motorblocks, eindringen. Dadurch wird eine kürzere axiale verbaute Länge des Antriebsstranges erreicht. Die Ausnehmungen und die gesamte konstruktive Gestaltung des Startergenerators bleiben jedoch in einem Rahmen, bei dem innermotorische Maßnahmen im Generator nicht zu berücksichtigen sind.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Starter-Generator der eingangs genannten Art eine weiter verbesserte Ausführungsform anzugeben, die insbesondere eine noch kompaktere Bauweise für die damit ausgestattete Brennkraftmaschine ermöglicht.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine dem Kurbelgehäuse zugewandte axiale Stirnseite des Stators an eine in axialer Richtung dreidimensional geformte Kontur der Kurbelgehäuse-Stirnseite anzupassen. Diese Bauweise ermöglicht es, den Stator in Richtung Kurbelgehäuse axial versetzt und somit noch dichter oder näher am Kurbelgehäuse anzubringen. In axialer Richtung kann somit Bauraum gewonnen werden. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass vereinzelte, in Umfangsrichtung und in axialer Richtung begrenzte Aussparungen am Stator die Leistungsfähigkeit des Starter-Generators nicht oder nicht wesentlich beeinträchtigen, so dass eine ordnungsgemäße Funktion mit hinreichender Leistung auch dann gewährleistet werden kann, wenn der Stator nicht mehr rotationssymmetrisch ausgebildet ist, sondern an seiner dem Kurbelgehäuse zugewandten Stirnseite eine oder mehrere Aussparungen aufweist.

Beispielsweise ist im Bereich der Kurbelgehäuse-Stirnseite eine Versteifungsrippe des Kurbelgehäuses angeordnet, welche die axial vorderste oder am weitesten abstehende Kontur der Kurbelgehäuse-Stirnseite bildet. Um einen herkömmlichen Stator mit ebener Stirnseite an dieser Kurbelgehäuse-Stirnseite montieren zu können, kann der Stator nur so nahe am Kurbelgehäuse montiert werden, bis seine Stirnseite die vorstehende Rippe berührt. Beim erfindungsgemäßen Stator-Generator besitzt der Stator im Bereich dieser Rippe nun eine geeignete Aussparung, die es ermöglicht, den Stator näher am Kurbelgehäuse zu montieren, derart, dass die vorstehende Rippe in die korrespondierende Aussparung hineinragt. Die Gesamtanordnung aus Brennkraftmaschine und Stator-Generator baut somit axial kürzer. Hierzu ist eine Ausführungsform gewählt, bei welcher die Aussparung bei einem mehrpoligen Stator dadurch ausgebildet ist, dass wenigstens eine Polspule oder Polwicklung des Stators in axialer Richtung kürzer ausgebildet ist als die dazu benachbarten Polspulen oder Polwicklungen.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.

Es zeigen, jeweils schematisch,
1 einen Axialschnitt durch einen Starter-Generator nach der Erfindung,
2 eine perspektivische Ansicht der Statorstirnseite.
Entsprechend 1 umfasst ein erfindungsgemäßer Starter-Generator 1 einen Rotor 2 und einen Stator 3. Der Rotor 2 ist koaxial zu einer Drehachse 4 einer Kurbelwelle 5 einer nur teilweise dargestellten Brennkraftmaschine 6 angeordnet. Die Brennkraftmaschine 6 ist vorzugsweise in einem hier nicht gezeigten Kraftfahrzeug untergebracht und dient zu dessen Antrieb. Die Kurbelwelle 5 ist an ihrer, hier gezeigten Abtriebsseite drehfest mit einer Getriebeeingangswelle 7 eines Getriebes 8 verbunden. Über das Getriebe 8 kann die Drehzahl der Kurbelwelle 5 in gewünschter Weise unter- bzw. übersetzt werden.
Der Starter-Generator 1 ist bezüglich der Drehachse 4 axial zwischen einem Kurbelgehäuse 9 der Brennkraftmaschine 6 und dem Getriebe 8 angeordnet. Der Rotor 2 ist drehfest mit der Kurbelwelle 5 verbunden. Ebenso ist es möglich, den Rotor 2 drehfest mit der Getriebeeingangswelle 7 zu verbinden. Im Unterschied dazu ist der Stator 3 drehfest mit dem Kurbelgehäuse 9 verbunden. Dabei ist der Stator 3 an einer dem Getriebe 8 zugewandten axialen Stirnseite 10 des Kurbelgehäuses 9 (im folgenden Kurbelgehäuse-Stirnseite 10) angebracht.
Der Rotor 2 ist hier als Außenläufer ausgebildet und umgreift somit radial außen den Stator 3. Der Rotor 2 besitzt ein Metallpaket 11, das aus einer Vielzahl, axial aufeinander geschichteter Bleche besteht. Des Weiteren besitzt der Rotor 2 hier einen Permanentmagneten 12, so dass es sich beim Starter-Generator 1 hier um eine permanent erregte Maschine handelt. Radial zwischen Rotor 2 und Stator 3 ist ein möglichst kleiner Spalt 13 ausgebildet. Der Stator 3 umfasst ebenfalls ein Metallpaket 14, das aus einer Vielzahl, axial aufeinander geschichteter Bleche aufgebaut ist. Darüber hinaus umfasst der Stator 3 einen Spulen- oder Wickelkörper 15, auf dem durch entsprechende Wicklungen mehrere elektromagnetische Polspulen oder Polwicklungen ausgebildet sind. Der Stator 3 weist außerdem eine dem Kurbelgehäuse 9 zugewandte axiale Stirnseite 16 (im folgenden Stator-Stirnseite 16) auf, die im hier gezeigten Einbauzustand der Kurbelgehäuse-Stirnseite 10 axial gegenüber liegt.
Zur Erzielung eines möglichst kompakten Aufbaus besitzt die Kurbelgehäuse-Stirnseite 10 im Bereich des Starter-Generators 1 üblicherweise wenigstens einen axial abstehenden Vorsprung 17, der beispielsweise durch eine Versteifungsrippe gebildet sein kann. Ebenso kann ein solcher Vorsprung 17 durch einen Ölkanal, eine Ölleitung, eine Versteifungsstruktur oder durch eine beliebige andere Erhebung gebildet sein. Erfindungsgemäß weist nun der Stator 3 an seiner Stator-Stirnseite 16 im Bereich dieses Vorsprungs 17 eine Aussparung 18 auf, die so bemessen ist, dass der Vorsprung 17 im Einbauzustand in die Aussparung 18 axial hineinragt. Im Bereich der Aussparung 18 ist somit die Wicklung des Stators 3 in axialer Richtung entsprechend verkürzt.
Mit Hilfe dieser Aussparung 18 ist es möglich, den Stator 3 trotz des Vorsprungs 17 in axialer Richtung sehr dicht an das Kurbelgehäuse 9 anzubauen, wodurch der Starter-Generator 1 in axialer Richtung 4 nur sehr wenig Bauraum benötigt. Insgesamt kann dadurch für die Anordnung aus Starter-Generator 1 und Brennkraftmaschine 6 sowie gegebenenfalls Getriebe 8 eine in axialer Richtung besonders kompakte Bauweise erzielt werden.
Es ist klar, dass an der Kurbelgehäuse-Stirnseite 10 auch mehrere, insbesondere unterschiedliche, Vorsprünge 17 ausgebildet sein können. In entsprechender Weise besitzt dann die Stator-Stirnseite 16 komplementär dazu mehrere geeignete Aussparungen 18.
Durch die erfindungsgemäße Bauweise des Stators 3 ist dessen Stator-Stirnseite 16 an die dreidimensionale Kontur der Kurbelgehäuse-Stirnseite 10 komplementär angepasst.
Gemäß 2 können mehrere derartige axiale Aussparungen 18, nämlich die Aussparungen 18a bis 18g, an der Stator-Stirnseite 16 ausgebildet sein. Wie 2 deutlich entnehmbar ist, können sich die verschiedenen Aussparungen 18a bis 18g hinsichtlich ihrer Position in Umfangsrichtung, hinsichtlich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung, hinsichtlich ihrer Erstreckung in axialer Richtung sowie hinsichtlich ihrer Erstreckung in radialer Richtung voneinander unterscheiden. Die Dimensionierung und Ausgestaltung der einzelnen Aussparungen 18a bis 18g hängt dabei von der jeweiligen Kontur der Kurbelgehäuse-Stirnseite 10 ab.
Während die Aussparungen 18a,18b,18f und 18g jeweils in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind, gehen die Aussparungen 18c bis 18e in Umfangsrichtung ineinander über, d.h. sie überlappen sich in Umfangsrichtung.
Um die Funktionsweise des Stators 3 und somit des Starter-Generators 1 hinreichend zuverlässig gewährleisten zu können, ist es zweckmäßig, die Erstreckung der Aussparungen 18 in axialer Richtung nicht zu groß zu wählen. Vorteilhaft erstrecken sich die Aussparungen 18 daher in axialer Richtung nur etwa 15 bis 25 % bezogen auf die gesamte axiale Erstreckung des Stators 3.
Üblicherweise weist der Stator 3 mehrere Polspulen oder Polwicklungen auf, die bezüglich des Rotors 2 ringförmig angeordnet sind. Die Aussparungen 18 sind dann im Bereich dieser Polspulen oder Polwicklungen ausgebildet, derart, dass die Polspulen oder Polwicklungen im Bereich der Aussparungen 18 in radialer Richtung entsprechend verkürzte Spulen- oder Wicklungsabschnitte aufweisen. Es ist klar, dass durch die Aussparungen 18 die Wicklungen des Stators 3 nicht beschädigt werden, sondern dass die Aussparungen 18 vielmehr bei der Herstellung der Wicklungen integral berücksichtigt werden. Beispielsweise sind die Aussparungen bereits in einem Wicklungsträger berücksichtigt, auf den die Wicklungen zur Ausbildung der Pole aufgewickelt werden.
Bei einem Stator 13 mit einer relativ großen Polzahl ist es zweckmäßig, die Aussparungen 18 so zu dimensionieren bzw. an das Raster der Pole anzupassen, dass sich jede Aussparung 18 in Umfangsrichtung vollständig über einen Pol oder vollständig über mehrere benachbarte Pole des Stators 3 erstreckt. Die Herstellung des Stators 3 kann dadurch vereinfacht werden. Insbesondere dann, wenn die einzelnen Pole des Stators 3 separat hergestellt und zum Stator 3 vereint werden. Entsprechendes gilt für eine Ausführungsform, bei welcher der Stator 3 mehrere Polspulen oder Polwicklungen aufweist. Die jeweiligen Aussparungen 18 lassen sich dann besonders einfach dadurch herstellen, dass eine oder mehrere Polspulen oder Polwicklungen in axialer Richtung entsprechend kürzer ausgebildet werden als die dazu benachbarten Polspulen oder Polwicklungen. Die maschinelle Herstellbarkeit des Stators 3 kann dadurch auch bei dreidimensional konturierter Stator-Stirnseite 16 besonders einfach realisiert werden.

1: Starter-Generator
2: Rotor
3: Stator
4: Drehachse
5: Kurbelwelle
6: Brennkraftmaschine
7: Getriebeeingangswelle
8: Getriebe
9: Kurbelgehäuse
10: Stirnseite von 9
11: Metallpaket
12: Magnet
13: Spalt
14: Metallpaket
15: Spulen- oder Wickelkörper
16: Stirnseite von 3
17: Vorsprung
18: Aussparung

Claims

Starter-Generator für eine Brennkraftmaschine (6), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, – mit einem Rotor (2), der mit einer Kurbelwelle (5) der Brennkraftmaschine (6) oder mit einer mit der Kurbelwelle (5) antriebsverbundenen Getriebeeingangswelle (7) eines Getriebes (8) drehfest verbunden ist, – mit einem Stator (3), der an einer dem Getriebe (8) zugewandten Stirnseite (10) eines Kurbelgehäuses (9) der Brennkraftmaschine (6) mit dem Kurbelgehäuse (9) fest verbunden ist, – wobei der Stator (3) an seiner der Kurbelgehäuse-Stirnseite (10) zugewandten Stirnseite (16) wenigstens eine axiale Aussparung (18) aufweist, in welche im Einbauzustand ein von der Kurbelgehäuse-Stirnseite (10) axial abstehender Vorsprung (17) axial eindringt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (18) bei einem mehrpoligen Stator (3) dadurch ausgebildet ist, dass wenigstens eine Polspule oder Polwicklung des Stators (3) in axialer Richtung kürzer ausgebildet ist als die dazu benachbarten Polspulen oder Polwicklungen.
Starter-Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stator-Stirnseite (16) mehrere axiale Aussparungen (18) ausgebildet sind, die sich hinsichtlich – ihrer Position in Umfangsrichtung, und/oder – ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung, und/oder – ihrer Erstreckung in axialer Richtung, und/oder – ihrer Erstreckung in radialer Richtung voneinander unterscheiden.
Starter-Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stator-Stirnseite (16) wenigstens zwei axiale Aussparungen (18) ausgebildet sind, die sich in Umfangsrichtung überlappen.
Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Aussparung (18) in Umfangsrichtung vollständig über einen Pol oder über mehrere benachbarte Pole des Stators (3) erstreckt.
Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (18) in axialer Richtung etwa 15 bis 25 % der gesamten Erstreckung des Stators (3) in axialer Richtung beträgt.
Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass der Stator (3) mehrere Polspulen oder Polwicklungen aufweist, die bezüglich des Rotors (2) ringförmig angeordnet sind, – dass die Aussparung (18) im Bereich der Polspulen oder Polwicklungen durch einen in radialer Richtung entsprechend verkürzten Spulen- oder Wicklungsabschnitt ausgebildet ist.