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DE19939605A1 - Elektrische Maschine zur Ankopplung an einen Hubkolben-Verbrennungsmotor und Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einer solchen elektrischen Maschine - Google Patents

Elektrische Maschine zur Ankopplung an einen Hubkolben-Verbrennungsmotor und Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einer solchen elektrischen Maschine

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DE19939605A1
DE19939605A1 DE19939605A DE19939605A DE19939605A1 DE 19939605 A1 DE19939605 A1 DE 19939605A1 DE 19939605 A DE19939605 A DE 19939605A DE 19939605 A DE19939605 A DE 19939605A DE 19939605 A1 DE19939605 A1 DE 19939605A1
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DE
Germany
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combustion engine
internal combustion
electrical machine
coupling
rotor
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DE19939605A
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Andreas Gruendl
Bernhard Hoffmann
Ingo Rennert
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Gruendl und Hoffmann GmbH Gesellschaft fuer Elektrotechnische Entwicklungen
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Publication date
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Abstract

Eine elektrische Maschine (14) zur Ankopplung an einen Hubkolben-Verbrennungsmotor (10), mit einem Rotor (16) der elektrischen Maschine (14), einem Stator (26) der elektrischen Maschine (14), der dazu eingerichtet ist, im wesentlichen fest mit dem Verbrennungsmotor (10) verbunden zu werden, und einem Koppelelement (20), das dazu eingerichtet ist, den Rotor (16) mit einer Kurbelwelle (22) des Verbrennungsmotors (10) torsionsversatzfähig zu verbinden, und wobei das Koppelelement (20) eine solche Torsionsfederkonstante aufweist, daß in Zusammenwirkung mit dem Massenträgheitsmoment des Rotors (16) Dreh-Ungleichförmigkeiten bei nicht aktiver elektrischer Maschine (14) mit einer bestimmten Resonanzfrequenz des Hubkolben-Verbrennungsmotors (10) bedämpft werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrische Maschi­ ne zur Ankopplung an einen Hubkolben-Verbrennungsmotor und einen Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einer solchen elek­ trischen Maschine. Dabei dient die elektrische Maschine wahlweise als Anlasser des Verbrennungsmotors, als Ladege­ nerator für die Autobatterie, als aktiver Drehschwin­ gungstilger des Verbrennungsmotors, als generatorische Fahrzeugbremse oder bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor als elektrischer Antrieb. Dieses Konzept ist in unter­ schiedlicher Gewichtung einzelner Aspekte in einer Reihe von Patentanmeldungen (ohne Anspruch auf Vollständigkeit), zum Beispiel in DE 33 06 481, DE 44 06 482, DE 44 47 573, DE 44 47 574, DE 195 32 135, DE 195 32 128, DE 195 32 136, DE 195 32 163, DE 195 49 259, DE 195 32 164, DE 195 32 129, 196 31 384 C1 erläutert.
Üblicherweise ist dabei die elektrische Maschine mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt.
Der Erfindung zugrundeliegendes Problem
Zu erheblichen Problemen führt hierbei jedoch der Umstand, vor allem bei hohen Drehzahlen (etwa 3000 bis 5000 Upm) im Schwingungsdämpfungsbetrieb bzw. zum Ausgleich von Drehun­ gleichförmigkeiten etwa 12 kW an elektrischer Leistung er­ forderlich sind um durch die elektrische Maschine ein Drehmoment von etwa 20 Nm auf die Kurbelwelle des Verbren­ nungsmotors auszuüben. Das kurzzeitige Bereitstellen derart hoher elektrischer Leistungen erfordert außerdem hohe Lei­ tungsquerschnitte für die elektrischen Leitungen, große Energiespeicher und entsprechend leistungsfähige Schalter.
Erfindungsgemäße Lösung
Zur Lösung dieser Probleme lehrt die Erfindung eine elek­ trische Maschine zur Ankopplung an einen Hubkolben-Verbren­ nungsmotor, mit einem Rotor der elektrischen Maschine, ei­ nem Stator der elektrischen Maschine, der dazu eingerichtet ist, im wesentlichen fest mit dem Verbrennungsmotor verbun­ den zu werden, und einem Koppelelement, das dazu eingerich­ tet ist, den Rotor mit einer Kurbelwelle des Verbrennungs­ motors torsionsversatzfähig zu verbinden, und einem Lager, das dazu eingerichtet ist, den Rotor auf der Kurbelwelle drehbar zu lagern, wobei das Koppelelement eine solche Tor­ sionsfederkonstante aufweist, daß in Zusammenwirkung mit dem Massenträgheitsmoment des Rotors Dreh-Ungleichförmig­ keiten bei nicht aktiver elektrischer Maschine mit einer bestimmten Resonanzfrequenz des Hubkolben-Verbrennungs­ motors bedämpft werden.
Durch dieses, von den bekannten Anordnungen konzeptionell abweichende erfindungsgemäße Konzept ist es möglich, neben der elektrischen (aktiven) Dämpfung durch eine entsprechen­ de Ansteuerung der elektrischem Maschine, mittels einer ge­ eigneten Dimensionierung der Torsionsfederkonstante des Koppelelementes und des Massenträgheitsmoment des Rotors bzw. des Wellenabschnittes eine passive Dämpfung durch die gleichen Komponenten zu erreichen. Dies resultiert in einer insgesamt kompakteren Anordnung, wenn dabei diese Dimensio­ nierung in einer Weise erfolgt, daß elektrisch nur mit ho­ hem Aufwand bedämpfbare Schwingungen bzw. Dreh-Ungleichför­ migkeiten auf diese (mechanische) Weise bedämpft werden, während elektrisch mit geringerem Aufwand bedämpfbare Schwingungen mittels der elektrischen Maschine bedämpft werden. Die erfindungsgemäße Anordnung macht sich dabei den ohnehin vorhandenen Rotor zunutze, so daß keine zusätzliche Masse vorzusehen ist.
Dabei kann der Rotor durch ein Kugel-, Rollen-, Nadel-, oder Gleitlager über ein Gehäuse der elektrischen Maschine mit dem Stator verbunden sein.
Vorzugsweise ist das Koppelelement ein Hartgummi-Element. Es ist jedoch auch möglich, das Koppelelement durch ein an­ deres Bauteil oder eine andere Baugruppe mit insoweit ver­ gleichbaren Eigenschaften zu realisieren.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektrische Ma­ schine, die an der dem Schalt- oder Automatikgetriebe abge­ wandten Seite der Motorblocks des Verbrennungsmotors an­ geordnet.
Mit besonders großem Effekt kann die Erfindung eingesetzt werden, wenn die elektrische Maschine ein Asynchronmotor ist.
Schließlich betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer angebauten elektrischen Maschine, mit einem Sta­ tor der elektrischen Maschine, der im wesentlichen fest mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, und einem Rotor der elektrischen Maschine, der mit einer Kurbelwelle des Ver­ brennungsmotors durch ein Koppelelement verbunden ist, wo­ bei das Koppelelement den Rotor mit der Kurbelwelle torsi­ onsversatzfähig verbindet, und wobei das Koppelelement eine solche Torsionsfederkonstante aufweist, daß in Zusammenwir­ kung mit dem Massenträgheitsmoment des Rotors Dreh- Ungleichförmigkeiten bei nicht aktiver elektrischer Maschi­ ne mit einer bestimmten Resonanzfrequenz des Hubkolben- Verbrennungsmotors bedämpft werden.
Weitere Eigenschaften, Merkmale, Vorteile und Abwandlungen werden anhand der nachstehenden Beschreibung der Zeichnung deutlich, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dar­ gestellt sind.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
In der einzigen Figur ist eine Ausführungsform der Erfindung schematisch gezeigt, wobei an der dem Getriebe 12 abgewand­ ten Seite eines (lediglich teilweise veranschaulichten) Verbrennungsmotors 10 eine elektrische Maschine im Form ei­ ner Asynchronmaschine 14 vorgesehen ist. Dabei ist die Dar­ stellung keineswegs maßstäblich. Vielmehr ist in der Regel der Verbrennungsmotor 10 erheblich voluminöser als die elektrische Maschine 14.
Die elektrische Maschine 14 hat einen Rotor 16, der über ein Koppelelement 20 mit einem freien Ende 18 der Kurbel­ welle 22 verbunden ist. Durch das Koppelelement 20 in Form eines Hartgummi-Elementes wird der Rotor 16 mit der Kurbel­ welle 22 des Verbrennungsmotors 10 in einer Weise verbun­ den, daß eine Torsion (allerdings nur in sehr geringem Maß) der Kurbelwelle 22 des Verbrennungsmotors 10 bzw. dem Wel­ lenabschnitt 18 gegenüber dem darauf sitzenden Rotor 16 möglich ist. Der Rotor 16 ist zusätzlich durch ein Axial­ rollenlager 32 in Umfangsrichtung des Rotors 16 drehbar auf diesem gelagert.
Ein Stator 26 der elektrischen Maschine 14 ist fest in ei­ nem Gehäuse 28 aufgenommen. Das Gehäuse 26 weist einen Flansch 30 auf, mit dem die elektrische Maschine 14 fest mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden (verschraubt) ist.
Durch geeignete Dimensionierung des Koppelelementes 20 im Verhältnis zu dem Massenträgheitsmoment des Rotors 16 und des Wellenabschnittes 18 wird eine Resonanzfrequenz des Verbrennungsmotors mechanisch bedämpft.
Da insoweit eine separate mechanische Bedämpfungseinrich­ tung nicht erforderlich ist, während gleichzeitig die Di­ mensionierung der elektrischen Maschine, deren Ansteuere­ lektronik etc. kleiner ausfallen kann, wird insgesamt eine kompakter bauende Gesamtanordnung erreicht.

Claims (5)

1. elektrische Maschine (14) zur Ankopplung an einen Hub­ kolben-Verbrennungsmotor (10), mit
  • - einem Rotor (16) der elektrischen Maschine (14),
  • - einem Stator (26) der elektrischen Maschine (14), der da­ zu eingerichtet ist, im wesentlichen fest mit dem Verbren­ nungsmotor (10) verbunden zu werden, und
  • - einem Koppelelement (20), das dazu eingerichtet ist, den Rotor (16) mit einer Kurbelwelle (22) des Verbrennungs­ motors (10) torsionsversatzfähig zu verbinden, und wobei
  • - das Koppelelement (20) eine solche Torsionsfederkonstante aufweist, daß in Zusammenwirkung mit dem Massenträgheitsmo­ ment des Rotors (16) Dreh-Ungleichförmigkeiten bei nicht aktiver elektrischer Maschine (14) mit einer bestimmten Re­ sonanzfrequenz des Hubkolben-Verbrennungsmotors (10) be­ dämpft werden.
2. Elektrische Maschine (14) zur Ankopplung an einen Hub­ kolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Rotor (16) durch ein Lager, vorzugsweise ein Kugel-, Rollen-, Nadel-, oder Gleitlager (32) auf der Kurbelwelle (22) drehbar gelagert ist.
3. Elektrische Maschine (14) zur Ankopplung an einen Hub­ kolben-Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Koppelelement (20) ein Hartgummi-Element ist.
4. Elektrische Maschine (10) zur Ankopplung an einen Hub­ kolben-Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - diese dazu eingerichtet ist, an einem Endabschnitt der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordnet zu sein, an dem nicht ein Schalt- oder Automatikgetriebe an dem Ver­ brennungsmotor anzuordnen ist.
5. Hubkolben-Verbrennungsmotor (10) mit einer elektrischen Maschine (10), wobei
  • - ein Stator (26) der elektrischen Maschine (14) im wesent­ lichen fest mit dem Verbrennungsmotor (10) verbunden ist, und
  • - ein Rotor (16) der elektrischen Maschine (14) mit einer Kurbelwelle (22) des Verbrennungsmotors (10) durch ein Kop­ pelelement (20) torsionsversatzfähig verbunden ist, und wo­ bei
  • - das Koppelelement (20) eine solche Torsionsfederkonstante aufweist, daß in Zusammenwirkung mit dem Massenträgheitsmo­ ment des Rotors (16) Dreh-Ungleichförmigkeiten bei nicht aktiver elektrischer Maschine (14) mit einer bestimmten Re­ sonanzfrequenz des Hubkolben-Verbrennungsmotors (10) be­ dämpft werden.
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