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    EineWechselrichtereinheit weist ein Gehäuse zur Aufnahme einer Leiterplatteauf, auf welcher Schaltelemente, Dioden und ein Kondensator angebrachtsind, sowie einen Kühlkörper, dereinstückigmit dem Gehäuseausgebildet ist. Die Wechselrichtereinheit ist an einem oberen Abschnittder elektrischen Drehmaschine durch Befestigung des Gehäuses aneiner Montageplatte angebracht, die an einer Bosse angebracht ist.Weiterhin ist die Wechselrichtereinheit elektrisch an Ausgangsklemmenfür dreiPhasen angeschlossen, die aus einer hinteren Stütze vorspringen, mit Hilfeeiner Wechselstromverdrahtung, und ist elektrisch an eine Batteriemit Hilfe einer Gleichstromverdrahtung angeschlossen.
    公开号:DE102004019108A1
    申请号:DE102004019108
    申请日:2004-04-20
    公开日:2004-12-09
    发明作者:Yoshihito Asao；Yutaka Kitamura
    申请人:Mitsubishi Electric Corp；
    IPC主号:B60L11-14
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft die gegenseitige Anordnung einerelektrischen Drehmaschine und einer Wechselrichtereinheit zum Steuernder elektrischen Drehmaschine bei einer Elektromotor-/Generatoreinrichtungfür Kraftfahrzeuge,die bei einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug usw. vorgesehenist, und betrifft insbesondere eine Konstruktion zum Anbringen derWechselrichtereinheit, die es ermöglicht, die Drehmomenteigenschaftender elektrischen Drehmaschine zu verbessern.
    [0002] Seiteinigen Jahren wird eine Verringerung der Emissionen von CO2 angestrebt, angesichts des Erfordernisses,eine globale Erwärmungzu verhindern. Eine Verringerung von CO2 beiFahrzeugen bedeutet, den Kraftstoffverbrauch zu verringern, undals eine Lösungwerden die Entwicklung und die Untersuchung von Elektrofahrzeugen(EVs) oder Hybridfahrzeugen (HEVs) überlegt.
    [0003] DieFunktionen, welche bei elektrischen Drehmaschinen vorhanden seinmüssen,die bei Hybridfahrzeugen vorgesehen sind, umfassen einen Lehrlaufbei angehaltenem Fahrzeug, eine Energierückgewinnung während einerVerzögerung,eine Drehmomentunterstützungwährendder Beschleunigung, usw., und durch Implementieren dieser Funktionenwerden Verbesserungen in Bezug auf einen verringerten Kraftstoffverbraucherzielt.
    [0004] EinElektromotor/Generator ist quer außerhalb einer Brennkraftmaschineangebracht. Ein Riemen ist um den Elektromotor/Generator und eine Kurbelwellenriemenscheibeherum geschlungen, so dass zwischen dem Elektromotor/Generator undder Brennkraftmaschine in beiden Richtungen Antriebskräfte übertragenwerden können.
    [0005] BeimBetrieb als Elektromotor wird Gleichstromenergie von einer Batteriedurch einen Wechselrichter in Wechselstromenergie umgewandelt. DieseWechselstromenergie wird dem Elektromotor/Generator zugeführt, sodass der Elektromotor/Generator zur Drehung veranlasst wird. Sein Drehmomentwird an die Brennkraftmaschine über denRiemen übertragen,wodurch die Brennkraftmaschine angelassen wird. Andererseits wirdwährend derErzeugung elektrischer Energie ein Teil der Antriebskraft von derBrennkraftmaschine an den Elektromotor/Generator mit Hilfe des Riemens übertragen,wodurch Wechselstromenergie erzeugt wird, und diese Wechselstromenergiewird in Gleichstromenergie durch den Wechselrichter (der dann im Gleichrichterbetriebarbeitet) umgewandelt und in der Batterie gespeichert (vgl. beispielsweisedas offengelegte japanische Patent Nr. 2001-95103, 2).
    [0006] BeiherkömmlichenElektromotor-/Generatoreinrichtungen für Kraftfahrzeuge ist infolgeder Tatsache, dass der Wechselrichter weit entfernt von dem Elektromotor/Generatorangeordnet ist, die Verdrahtungslänge der Wechselstromverdrahtunggroß, dieelektrisch den Wechselrichter und den Elektromotor/Generator verbindet.Da der Verdrahtungswiderstand in der Wechselstromverdrahtung groß ist, steigtder Spannungsabfall in der Wechselstromverdrahtung an, so dass dasProblem auftritt, dass Situationen auftreten können, dass nicht ausreichend elektrischeEnergie dem Elektromotor/Generator zugeführt werden kann, damit dieserein gewünschtes Drehmomentangibt, oder es unmöglichist, die Drehzahl des Elektromotors/Generators auf eine gewünschte Drehzahlzu erhöhen,usw.
    [0007] Mankönntedaran denken, den Verdrahtungswiderstand dadurch zu verringern,dass die Dicke der Wechselstromverdrahtung erhöht wird, um den Spannungsabfallin der Wechselstromverdrahtung zu unterdrücken. In diesem Fall trittallerdings das Problem auf, dass das Gewicht und die Kosten für die Verdrahtungsignifikant zunehmen.
    [0008] Mitder vorliegenden Erfindung sollen die voranstehenden Probleme gelöst werden,und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellungeiner Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeuge, welche wesentlichdie Drehmomenteigenschaften einer elektrischen Drehmaschine verbessert,und signifikante Erhöhungendes Gewichts und der Kosten zu vermeiden hilft, durch Anbringung einerWechselrichtereinheit in der Näheder elektrischen Drehmaschine, um die Verdrahtungslänge der Wechselstromverdrahtungzu verringern, welche die Wechselrichtereinheit und die elektrischeDrehmaschine verbindet, um einen Spannungsabfall in der Wechselstromverdrahtungzu unterdrücken.
    [0009] Angesichtsdes voranstehend geschilderten Ziels weist eine Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeugegemäß der vorliegendenErfindung eine Batterie auf; eine Brennkraftmaschine; und eine elektrischeDrehmaschine, die mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, wobeidie elektrische Drehmaschine durch elektrische Energie von der Batterieangetrieben wird, um die Brennkraftmaschine beim Anlassen der Brennkraftmaschineanzulassen, und von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, umWechselstromenergie nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine zuerzeugen. Weiterhin ist eine Wechselrichtereinheit zur Umwandlungvon Gleichstromenergie von der Batterie in Wechselstromenergie undzum Liefern der Wechselstromenergie an die elektrische Drehmaschinewährenddes Anlassens der Brennkraftmaschine vorgesehen, und zur Umwandlungvon Wechselstromenergie, die in der elektrischen Drehmaschine erzeugtwird, in Gleichstromenergie und zum Laden der Batterie nach dem Anlassender Brennkraftmaschine. Weiterhin ist eine Wechselstromverdrahtungzum elektrischen Verbinden der elektrischen Drehmaschine und derWechselrichtereinheit vorgesehen, sowie eine Gleichstromverdrahtungzum elektrischen Verbinden der Batterie und der Wechselrichtereinheit.Die Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeuge ist dadurchgekennzeichnet, dass die Wechselrichtereinheit nahe an der elektrischenDrehmaschine angeordnet ist.
    [0010] Daherkönnendie Drehmomenteigenschaften der elektrischen Drehmaschine verbessertwerden, und könnensignifikante Gewichts- und Kostenerhöhungen verhindert werden, durchVerkürzung derVerdrahtungslängeder Wechselstromverdrahtung, welche die Wechselrichtereinheit unddie elektrische Drehmaschine verbindet, damit ein Spannungsabfallin der Wechselstromverdrahtung unterdrückt wird.
    [0011] DieErfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispielenäher erläutert, auswelchem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
    [0012] 1 schematisch die Positionsbeziehung einerWechselrichtereinheit in einem Hybridfahrzeug, das mit einer Elektromotor-/Generatoreinrichtungfür Kraftfahrzeugeversehen ist, gemäß Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung;
    [0013] 2 schematisch eine Schaltungin dem Hybridfahrzeug, das mit der Elektromotor-/Generatoreinrichtungfür Kraftfahrzeugegemäß Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung versehen ist;
    [0014] 3 eine schematische Darstellungder Konstruktion zum Anbringen einer Wechselrichtereinheit bei einerElektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform2 der vorliegenden Erfindung;
    [0015] 4 schematisch eine Konstruktionzur Anbringung einer Wechselrichtereinheit bei einer Elektromotor-/Generatoreinrichtungfür Kraftfahrzeuge gemäß der Ausführungsform3 der vorliegenden Erfindung;
    [0016] 5 einen Längsschnittzur Erläuterungeiner Konstruktion zum Anbringen einer Wechselrichtereinheit beieiner Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform4 der vorliegenden Erfindung; und
    [0017] 6 einen Längsschnittzur Erläuterungeiner Konstruktion zum Anbringen einer Wechselrichtereinheit beieiner Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform5 der vorliegenden Erfindung.
    [0018] 1 zeigt schematisch diePositionsbeziehung einer Wechselrichtereinheit in einem Hybridfahrzeug,das mit einer Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeugegemäß Ausführungsform 1der vorliegenden Erfindung versehen ist, und 2 zeigt schematisch eine Schaltung indem Hybridfahrzeug, das mit der Elektromotor-/Generatoreinrichtungfür Kraftfahrzeugegemäß Ausführungsform1 der vorliegenden Erfindung versehen ist.
    [0019] In 1 ist eine elektrische Drehmaschine 2 einErregerwicklungs-Synchronmotor, und ist nahe an einer Brennkraftmaschine 1 angeordnet.Eine Wechselrichtereinheit 4 ist an der Brennkraftmaschine 1 nahean der elektrischen Drehmaschine 2 angebracht. Die Wechselrichtereinheit 4 undeine Batterie 5 sind elektrisch über eine Gleichstromverdrahtung 8 verbunden,und die elektrische Drehmaschine 2 und Wechselrichtereinheit 4 sindelektrisch durch eine Wechselstromverdrahtung 9 verbunden.Eine Kurbelriemenscheibe 11 ist mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1 über eineKupplungseinrichtung 10 verbunden. Riemen 14 sindum die Kurbelriemenscheibe 11 und eine Riemenscheibe 12 derelektrischen Drehmaschine, die an der Drehwelle der elektrischenDrehmaschine 2 befestigt ist, sowie um die Kurbelriemenscheibe 11 undeine Hilfsmaschinenriemenscheibe 13 herum geschlungen,die an einer Drehwelle einer Hilfsmaschine 3 befestigtist.
    [0020] Beieinem Hybridfahrzeug 100, das mit einer derartigen Elektromotor-/Generatoreinrichtungfür Kraftfahrzeugeversehen ist, wird Gleichstromenergie der Wechselrichtereinheit 4 vonder Batterie 5 überdie Gleichstromverdrahtung 8 zugeführt, und wird durch die Wechselrichtereinheit 4 inDrei-Phasen-Wechselstromenergie umgewandelt. Die Drei-Phasen-Wechselstromenergie,die von der Wechselrichtereinheit 4 umgewandelt wurde,wird dann der elektrischen Drehmaschine 2 mit Hilfe der Drei-Phasen-Wechselstromverdrahtung 9 zugeführt, wodurchdie elektrische Drehmaschine 2 angetrieben wird.
    [0021] Drehenergievon der angetriebenen elektrischen Drehmaschine 2 wirdvon der elektrischen Drehmaschinen-Riemenscheibe 12 andie Kurbelriemenscheibe 11 und die Hilfsmaschinen-Riemenscheibe 13 mitHilfe des Riemens 14 übertragen.
    [0022] Wennhierbei die Kupplungseinrichtung 10 eingeschaltet (eingerückt) ist,wird die Drehenergie von der elektrischen Drehmaschine 2 andie Brennkraftmaschine 1 übertragen, wodurch die Brennkraftmaschine 1 angelassenwird. Sobald die Brennkraftmaschine 1 angelassen wurde,wird Drehenergie von der Brennkraftmaschine 1 an die elektrischeDrehmaschine 2 und die Hilfsmaschine 3 mit Hilfeder Kurbelriemenscheibe 11 und der Riemen 14 übertragen. Aufdiese Weise wird die elektrische Drehmaschine 2 so angetrieben,dass sie sich dreht, so dass eine Drei-Phasen-Wechselspannung induziertwird. Diese Drei-Phasen-Wechselspannung von der elektrischen Drehmaschine 2 wirdan die Wechselrichtereinheit 4 über die Wechselstromverdrahtung 9 ausgegeben,in Gleichstromenergie umgewandelt, und lädt die Batterie 5 über dieGleichstromverdrahtung 8.
    [0023] Wenndie Kupplungseinrichtung 10 ausgeschaltet (ausgerückt) ist,ist die Übertragungvon Energie zwischen der Kurbelriemenscheibe 11 und der Brennkraftmaschine 1 unterbrochen.
    [0024] In 2 ist eine elektrische Drehmaschine 2 miteiner Ankerwicklung 24 eines Ankers (nicht gezeigt) undeiner Erregerwicklung 21 eines Rotors (nicht gezeigt) versehen.
    [0025] EineWechselrichtereinheit 4 weist ein Wechselrichtermodul 40 auf,das aus mehreren Schaltelementen 41 und Dioden 42 besteht,die jeweils parallel zu den Schaltelementen 41 geschaltetsind, sowie einen Kondensator 43, der parallel zu diesemWechselrichtermodul 40 geschaltet ist. Das Wechselrichtermodul 40 istso aufgebaut, dass Elementen-Diodengruppengebildet werden, die jeweils durch ein Schaltelement 41 undeine diese parallel geschaltete Diode 42 gebildet werden,Paare von Elementen-Diodengruppen in Reihe geschaltet sind, unddrei derartige Paare parallel geschaltet sind.
    [0026] Jederder in Sternschaltung geschalteten Endabschnitte der Ankerwicklung 24 istelektrisch mit einem jeweiligen Zwischenpunkt zwischen den in Reihegeschalteten Schaltelementen 41 verbunden, mit Hilfe derWechselstromverdrahtung 9. Eine positive Klemme und einenegative Klemme der Batterie 5 sind elektrisch mit derpositiven Seite bzw. negativen Seite des Wechselrichtermoduls 40 mitHilfe der Gleichstromverdrahtung 8 verbunden.
    [0027] DerSchaltbetrieb der Schaltelemente 41 in dem Wechselrichtermodul 40 wirddurch eine Steuereinrichtung 44 gesteuert. Weiterhin stelltdie Steuereinrichtung 44 den Erregerstrom ein, der durchdie Erregerwicklung 21 fließt, durch Steuern einer Erregerstrom-Steuereinrichtung 45.
    [0028] Alsnächsteswird der Leerlaufbetrieb eines wie voranstehend geschildert ausgebildetenHybridfahrzeugs erläutert.
    [0029] Wenndie Bedingungen fürden Beginn des Leerlaufs erfülltsind, wird die Brennkraftmaschine 1 angehalten. Wenn dannsämtlicheBedingungen zum erneuten Anlassen der Brennkraftmaschine 1 erfüllt sind,wird Gleichstromenergie der Wechselrichtereinheit 4 vonder Batterie 5 überdie Gleichstromverdrahtung 8 zugeführt. Die Steuereinrichtung 44 Steuertdas Ein- und Ausschalten jedes der Schaltelemente 41 desWechselrichtermoduls 40 so, dass die Gleichstromenergiein Drei-Phasen-Wechselstromenergie umgewandelt wird. Diese Drei-Phasen-Wechselstromenergiewird der Ankerwicklung 24 der elektrischen Drehmaschine 2 mitHilfe der Wechselstromverdrahtung 9 zugeführt. Daherwird ein magnetisches Drehfeld an die Erregerwicklung 21 desRotors angelegt, welcher ein Erregerstrom durch die Erregerstrom-Steuereinrichtung 45 zugeführt wird,wodurch der Rotor so angetrieben wird, dass er sich dreht.
    [0030] DieseDrehenergie vor dem Rotor wird dann an die Brennkraftmaschine 1 über dieRiemenscheibe 12 der elektrischen Drehmaschine, einen Riemen 14,die Kurbelriemenscheibe 11 und die eingeschaltete (eingerückte) Kupplungseinrichtung 10 übertragen,wodurch die Brennkraftmaschine 1 angelassen wird.
    [0031] Sobalddie Brennkraftmaschine 1 angelassen wurde, wird dann Drehenergievon der Brennkraftmaschine 1 an die elektrische Drehmaschine 2 mitHilfe der Kurbelriemenscheibe 11, eines Riemens 14 undder Riemenscheibe 12 der elektrischen Drehmaschine übertragen.Auf diese Weise wird der Rotor so angetrieben, dass er sich dreht,so dass eine Drei-Phasen-Wechselspannungin der Ankerwicklung 24 induziert wird. Dann steuert dieSteuereinrichtung 44 das Ein- und Ausschalten jedes der Schaltelemente 41 so,dass die Drei-Phasen-Wechselspannung,die in der Ankerwicklung 24 induziert wird, in Gleichstromenergieumgewandelt wird, welche die Batterie 5 lädt.
    [0032] Beider Ausführungsform1 ist, da die Wechselrichtereinheit 4 an der Brennkraftmaschine 1 inenger Nähezur elektrischen Drehmaschine 2 angebracht ist, die Verdrahtungslänge der Wechselstromverdrahtung 9 zumelektrischen Verbinden der elektrischen Drehmaschine 2 undder Wechselrichter 4 verkürzt. Da der Verdrahtungswiderstandin der Wechselstromverdrahtung 9 verringert ist, kann daherein Spannungsabfall in der Wechselstromverdrahtung 9 verkleinertwerden. Da ein ausreichend hoher elektrischer Strom der elektrischenDrehmaschine 2 zugeführtwird, das gewünschte,abzugebende Drehmoment erhöhtund die Drehzahl auf eine gewünschteDrehzahl erhöhtwerden kann, können dieDrehmomenteigenschaften der elektrischen Drehmaschine 2 verbessertwerden.
    [0033] Dadie Verdrahtungslängeder Wechselstromverdrahtung 9 kürzer ist, kann der Verdrahtungswiderstandverringert werden, ohne den Durchmesser der Verdrahtung zu erhöhen. Hierdurchwerden bei der Verdrahtung Gewichtsverringerungen ermöglicht undkönnendie Verdrahtungskosten verringert werden.
    [0034] Weiterhinist bei der voranstehenden Ausführungsform1 die Wechselrichtereinheit 4 an der Brennkraftmaschine 1 inenger Nähezur elektrischen Drehmaschine 2 angebracht, jedoch kanndie Wechselrichtereinheit 4 auch an der Karosserie eines Fahrzeugsin enger Nähezur elektrischen Drehmaschine 2 angebracht sein.
    [0035] Weiterhinkann bei der Ausführungsform1, die voranstehend geschildert wurde, auch die Batterie 5 inenger Nähezur Wechselrichtereinheit 4 angeordnet sein. In diesemFall wird auch die Verdrahtungslängeder Gleichstromverdrahtung 8 verkürzt, und wird auch ein Spannungsabfallin der Gleichstromverdrahtung 8 verringert, was eine weitereVerbesserung der Drehmomenteigenschaften der elektrischen Drehmaschine 2 ermöglicht.
    [0036] 3 zeigt schematisch eineKonstruktion zur Anbringung einer Wechselrichtereinheit bei einer Elektromotor-/Generatoreinrichtungfür Kraftfahrzeugegemäß Ausführungsform2 der vorliegenden Erfindung.
    [0037] In 3 ist eine elektrische Drehmaschine 2 miteinem Rotor (nicht gezeigt) versehen, der eine Halterungswelle (nichtgezeigt) aufweist, und drehbeweglich innerhalb eines Gehäuses angeordnetist, das aus einer vorderen Stütze 18 undeiner hinteren Stütze 19 besteht,sowie mit einem Anker 22, der so angeordnet ist, dass radialeRandabschnitte an einem ersten und einem zweiten Ende in Axialrichtung einesAnkerkerns 23 zwischen der vorderen Stütze 18 und der hinterenStütze 19 sogehaltert werden, dass sie den Rotor umgeben. Die vordere Stütze 18 unddie hintere Stütze 19 sindaneinander durch einen Durchgangsbolzen 25 befestigt. EineRiemenscheibe 12 der elektrischen Drehmaschine ist an einemEnde der Welle des Rotors befestigt, das durch die vordere Stütze 18 nachaußenvorspringt. Eine Bosse 26 ist so angeordnet, dass sie voneiner Außenumfangsoberfläche derhinteren Stütze 24 vorspringt.Weiterhin sind Ausgangsklemmen 27 für drei Phasen durch die hintereStütze 19 eingeführt und elektrischisoliert gehaltert, und sind elektrisch mit jeder der Leitungen(Ausgangsleitungen) der drei Phasen verbunden, die von Sternschaltungs-Endabschnitteneiner Ankerwicklung 24 ausgehen.
    [0038] EineWechselrichtereinheit 4 weist ein Gehäuse 46 aus elektrischisolierendem Harz auf, und einen Kühlkörper 47, der einstückig mitdem Gehäuse 46 ausgebildetist. Dieser Kühlkörper 47 isteben ausgebildet, unter Verwendung eines Metalls mit gutem Wärmeleitvermögen, beispielsweiseKupfer, Aluminium und dergleichen. Mehrere Rippen (nicht gezeigt) sindaufrechtstehend auf einer ersten Oberfläche des Kühlkörpers 47 angeordnet.Eine Leiterplatte (nicht gezeigt), auf welcher Schaltelemente 41,Dioden 42 und ein Kondensator 43 in der in 2 gezeigten Schaltungsanordnungangebracht sind, ist elektrisch isoliert auf einer zweiten Oberfläche des Kühlkörpers 47 angebracht,und im Inneren des Gehäuses 46 aufgenommen.Diese Wechselrichtereinheit 4 ist so angebracht, dass sieauf einem oberen Abschnitt der elektrischen Drehmaschine 2 angeordnetist, durch Befestigung des Gehäuses 46 aneiner Montageplatte 15, die als Montageteil dient, diesicher an der Bosse 26 befestigt ist, die so angeordnet ist,dass sie von der Außenumfangsoberfläche der hinterenStütze 19 vorspringt.Die Wechselrichtereinheit 4 ist elektrisch mit den Ausgangsklemmen 27 für drei Phasenverbunden, die durch die hintere Stütze 19 nach außen vorspringen,mit Hilfe der Wechselstromverdrahtung 9. Weiterhin istdie Wechselrichtereinheit 4 elektrisch mit einer Batterie(nicht gezeigt) überdie Gleichstromverdrahtung 8 verbunden.
    [0039] Im übrigen istdiese Ausführungsformauf gleiche Art und Weise wie die voranstehend geschilderte Ausführungsform1 ausgebildet.
    [0040] Dabei der Ausführungsform2 die Wechselrichtereinheit 4 in enger Nähe einesoberen Abschnitts der elektrischen Drehmaschine 2 angebracht ist,wird die Verdrahtungslängeder Wechselstromverdrahtung 9 entsprechend verkürzt, wases ermöglicht, ähnlicheAuswirkungen wie bei der Ausführungsform1 zu erzielen.
    [0041] Dadie Wechselrichtereinheit 4 auf dem oberen Abschnitt derelektrischen Drehmaschine 2 angeordnet ist, ist selbstdann, wenn kein Raum in Horizontalrichtung zum Installieren derWechselrichtereinheit 4 neben der elektrischen Drehmaschine 2 vorhandenist, eine Installierung möglich,wenn verfügbarer Raumradial oberhalb der elektrischen Drehmaschine 2 zur Verfügung steht,was die Anordnungsmöglichkeitenverbessert.
    [0042] Daeine Montageplatte 15 zum Anbringen der Wechselrichtereinheit 4 ander elektrischen Drehmaschine 2 verwendet wird, kann diePosition der Wechselrichtereinheit 4 in Bezug auf die elektrische Drehmaschine 2 einfachdadurch geändertwerden, dass die Form der Montageplatte 15 geändert wird. ImEinzelnen kann die Wechselrichtereinheit 4 an einem Seitenabschnittoder an einem Hinterende der elektrischen Drehmaschine 2 angeordnetwerden, einfach durch Berücksichtigungdes verfügbaren Raumsin der Nähe(radialseitige Oberflächen)der elektrischen Drehmaschine 2, und entsprechendes Abändern derForm der Montageplatte 15.
    [0043] 4 zeigt schematisch eineKonstruktion zum Anbringen einer Wechselrichtereinheit bei einer Elektromotor-/Generatoreinheitfür Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform3 der vorliegenden Erfindung.
    [0044] In 4 ist eine Wechselrichtereinheit 4 direktan einem hinteren Ende einer elektrischen Drehmaschine 2 angebracht,durch sicheres Befestigen eines Gehäuses 46 an einer Bosse 26,die so angeordnet ist, dass sie von einer hinteren Stütze 19 aus vorspringt.Leitungen 201, 202 und 203 für drei Phasen,die als Ausgangsleitung dienen, und von Sternschaltungs-Endabschnitteneiner Ankerwicklung 24 ausgehen, springen nach außen durchdie hintere Stütze 19 vor,und sind elektrisch direkt mit der Wechselrichtereinheit 4 verbunden.In diesem Fall entsprechen die Leitungen 201, 202 und 203 für die dreiPhasen einer Wechselstromverdrahtung.
    [0045] Im übrigen istdiese Ausführungsformebenso ausgebildet wie die voranstehend geschilderte Ausführungsform2.
    [0046] Dabei der Ausführungsform3 die Wechselrichtereinheit 4 direkt an dem hinteren Endeder elektrischen Drehmaschine 2 angebracht ist, ist dieEntfernung zwischen der Wechselrichtereinheit 4 und derelektrischen Drehmaschine 2 sehr kurz. Daher können dieWechselrichtereinheit 4 und die Leitungen 201, 202 und 203 für die dreiPhasen, die von den Sternschaltungs-Endabschnitten der Ankerwicklung 24 ausgehen,direkt verbunden werden, wodurch eine Erhöhung des Widerstands zwischender Wechselrichtereinheit und der Ankerwicklung 24 infolgedes Einsatzes einer getrennt vorgesehenen Wechselstromverdrahtung 9 ausgeschaltetwird. Daher wird der Spannungsabfall zwischen der Wechselrichtereinheit 4 undder Ankerwicklung 24 minimiert, wodurch die Drehmomenteigenschaftender elektrischen Drehmaschine 2 signifikant verbessertwerden können.
    [0047] Dadie Wechselrichtereinheit 4 an einer axialen Endoberfläche derelektrischen Drehmaschine 2 angeordnet ist, ist selbstdann, wenn kein Raum in Horizontalrichtung zum Installieren derWechselrichtereinheit 2 neben der elektrischen Drehmaschine 2 vorhandenist, eine Installierung möglich,wenn verfügbarerRaum in der Näheder axialen Endoberflächeder elektrischen Drehmaschine 2 vorhanden ist, was dieMöglichkeitenfür dieAnordnung verbessert.
    [0048] Dadie Ausgangsklemmen 27 für drei Phasen fehlen, wirdeine Erhöhungdes Widerstands infolge der Ausgangsklemmen 27 für die dreiPhasen selbst und auch eine Erhöhungdes Widerstands infolge von Verbindungsabschnitten zwischen denLeitungen 201, 202 und 203 für die dreiPhasen und den Ausgangsklemmen 27 für die drei Phasen, sowie zwischender Wechselstromverdrahtung 9 und den Ausgangsklemmen 27 für die dreiPhasen ausgeschaltet, wodurch ein Spannungsabfall zwischen der Wechselrichtereinheit 4 undder Ankerwicklung 24 weiter verringert und eine Abnahmeder Kosten und des Gewichts ermöglichtwird.
    [0049] Weiterhinist die Wechselrichtereinheit 4 direkt an der elektrischenDrehmaschine 2 angebracht. Hierdurch wird der für die Montageerforderliche Raum kleiner, was die Möglichkeiten für die Anordnungverbessert. Da die Wechselrichtereinheit 4 und die elektrischeDrehmaschine 2 bei Einwirkung externer Schwingungen zusammenverschoben werden, wirken keine übermäßigen Belastungenauf die Leitungen 201, 202 und 203 für die dreiPhasen ein, wodurch das Auftreten eines Leitungsbruchs unterdrückt wird.
    [0050] Weiterhinsind zwar bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform3 die Ausgangsklemmen 27 für die drei Phasen weggelassen,jedoch könnendie Ausgangsklemmen 27 für die drei Phasen vorhandensein, und könnendie Ausgangsklemmen 27 für die drei Phasen und die Wechselrichtereinheit 4 elektrischdurch eine Wechselstromverdrahtung verbunden sein. In diesem Fallkann, da die Entfernung zwischen der Wechselrichtereinheit 4 undder elektrischen Drehmaschine 2 immer noch sehr kurz ist,die Verdrahtungslängeder Wechselstromverdrahtung 9 verkürzt werden, im Vergleich zurvoranstehend geschilderten Ausführungsform2, was zu der Auswirkung einer Verbesserung der Drehmomenteigenschaftenführt.
    [0051] Beider voranstehenden Ausführungsform3 ist die Wechselrichtereinheit 4 direkt an einem Endabschnittam hinteren Ende der elektrischen Drehmaschine 2 angebracht,jedoch kann die Wechselrichtereinheit 4 auch direkt aneinem oberen Abschnitt oder einem seitlichen Abschnitt der elektrischenDrehmaschine 2 angebracht sein.
    [0052] 5 ist ein Längsschnittzur Erläuterungeiner Konstruktion zum Anbringen einer Wechselrichtereinheit beieiner Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform4 der vorliegenden Erfindung.
    [0053] In 4 ist eine elektrische Drehmaschine 2 miteinem Rotor 20 versehen, der eine Erregerwicklung 21 aufweist,eine gehalterte Welle 16, und der drehbeweglich innerhalbeines Gehäusesangeordnet ist, das aus einer vorderen Stütze 18 und einer hinterenStütze 19 besteht,sowie einen Anker 22, der so angeordnet ist, dass radialeRandabschnitte an einem ersten und einem zweiten Ende in Axialrichtung einesAnkerkerns 23 zwischen der vorderen Stütze 18 und der hinterenStütze 19 sogehaltert werden, dass sie den Rotor 20 umgeben. Die vordereStütze 18 unddie hintere Stütze 19 sindaneinander durch einen Durchgangsbolzen 25 befestigt. EineRiemenscheibe 12 der elektrischen Drehmaschine ist an einemEnde der Welle 16 des Rotors 20 befestigt, das nachaußendurch die vordere Stütze 18 vorspringt. Gebläse 28 sindjeweils an einer ersten und zweiten axialen Endoberfläche desRotors 20 befestigt. Ein Paar von Schleifringen 29 istan einem hinteren Ende der Welle 16 angebracht. Weiterhinist ein Bürstenhalter 30 aneiner Innenwandoberflächeder hinteren Stütze 19 soangeordnet, dass er auf einem Außenumfang eines hinteren Endesder Welle 16 angeordnet ist, und ist ein Paar von Bürsten 31 innerhalbdes Bürstenhalters 30 soangeordnet, dass jede Bürstein Kontakt mit einem der beiden Schleifringe 29 gleitet.
    [0054] Lufteinlassöffnungen 18a und 19a amvorderen Ende bzw. hinteren Ende erstrecken sich durch Endoberflächen dervorderen Stütze 18 bzw.der hinteren Stütze 19,und Luftauslassöffnungen 18b und 19b amvorderen Ende bzw. hinteren Ende erstrecken sich durch Seitenoberflächen dervorderen Stütze 18 bzw.der hinteren Stütze 19.
    [0055] EineWechselrichtereinheit 4A weist ein Gehäuse 46A aus elektrischisolierendem Harz und einen Kühlkörper 47A auf,der einstückigmit dem Gehäuse 46A ausgebildetist. Dieser Kühlkörper 47A weistdie Form eines C auf, unter Verwendung eines Metalls mit gutem Wärmeleitvermögen, wiebeispielsweise Kupfer, Aluminium usw., und Rippen 47A,die in Axialrichtung verlaufen, sind aufrecht in gleichmäßigem Winkelabstandin Umfangsrichtung auf einer Innenwandoberfläche des Kühlkörpers 47A vorgesehen.Eine Leiterplatte 48 ist elektrisch isoliert auf dem Kühlkörper 47A angeordnetund innerhalb des Gehäuses 46A aufgenommen.Schaltelemente 41, Dioden 42 und ein Kondensator 43 sindso auf der Leiterplatte 48 angebracht, dass die in 2 gezeigte Schaltung ausgebildetwird.
    [0056] Diewie voranstehend ausgebildete Wechselrichtereinheit 4A istdirekt an einer Endoberfläche derhinteren Stütze 19 angebracht,so dass der Kühlkörper 47A einenLagerkasten 19c der hinteren Stütze 19 umgibt. Leitungen 201, 202 und 203 für drei Phasen,die von Sternschaltungs-Endabschnitten einer Ankerwicklung 24 ausgehen,springen nach außendurch die hintere Stütze 19 vor,und sind elektrisch mit der Wechselrichtereinheit 4A verbunden. Weiterhinist eine Batterie (nicht gezeigt) elektrisch mit einer Stromversorgungsklemme 49 derWechselrichtereinheit 4A mit Hilfe einer Gleichstromverdrahtung(nicht gezeigt) verbunden.
    [0057] Beider Ausführungsform4 werden die Gebläse 28 zurDrehung veranlasst, wenn der Rotor 20 zur Drehung veranlasstwird. Wie durch die Pfeile in 5 angedeutet,werden daher Kühlluftflüsse erzeugt,bei denen Kühlluftin die vordere und hintere Stütze 18 bzw. 19 durchdie Lufteinlassöffnungen 18a und 19a amvorderen Ende bzw. hinteren Ende eingeführt wird, in Zentrifugalrichtungdurch die Gebläse 28 abgelenktwird, und überdie Luftauslassöffnungen 18b und 19b amvorderen Ende bzw. hinteren Ende ausgestoßen wird. Die Ankerwicklung 24 wird durchdiese Kühlluftflüsse gekühlt. Hierbeifließtein Kühlluftfluss über dieRippen 47a des Kühlkörpers 47A,und wird Wärme,die in den Schaltelementen 41 und den Dioden 42 erzeugtwird, mit Hilfe der Rippen 47a an den Kühlluftfluss abgestrahlt.
    [0058] Dadie Wechselrichtereinheit 4A direkt an dem hinteren Endeder elektrischen Drehmaschine 2 angebracht ist, und dieLeitungen 201, 202 und 203 für die dreiPhasen der Ankerwicklung 24 elektrisch direkt mit der Wechselrichtereinheit 4A verbunden sind,können ähnlicheAuswirkungen wie bei der voranstehenden Ausführungsform 3 auch bei der Ausführungsform4 erzielt werden.
    [0059] Dabei der Ausführungsform4 die Wechselrichtereinheit 4A durch einen Kühlluftflussgekühlt wird,der zwangsweise durch die Gebläse 28 erzeugt wird,wird die Wechselrichtereinheit 4A wirksam gekühlt. Daherkann der Kühlkörper 47A kompaktausgebildet werden, was eine Verringerung der Abmessungen der Wechselrichtereinheit 4A ermöglicht und dieAnbringbarkeit der Wechselrichtereinheit 4A auf der hinterenStütze 19 verbessert.Da die Wechselrichtereinehit 4A und die elektrische Drehmaschine 2 durchdie Kühlluftflüsse gekühlt werden,die von den Gebläsen 28 erzeugtwerden, wird das Kühlmedium für die Wechselrichtereinheit 4A auchals Kühlmedium(die Kühlluftflüsse) für die elektrischeDrehmaschine 2 eingesetzt, was die Konstruktion in Bezug aufdie Kühlungvereinfacht.
    [0060] 6 ist eine Längsschnittansichtzur Erläuterungeiner Konstruktion zum Anbringen einer Wechselrichtereinheit beieiner Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß Ausführungsform5 der vorliegenden Erfindung.
    [0061] In 6 weist eine elektrischeDrehmaschine 2A einen Rotor 20 auf, der mit einerErregerwicklung 21 versehen ist, einer Halterungswelle 16,und drehbeweglich innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, das auseiner vorderen Stütze 18A undeiner hinteren Stütze 19A besteht,und einen Anker 22, der so angeordnet ist, dass Radialrandabschnittean einem ersten und einem zweiten Ende in Axialrichtung eines Ankerkerns 23 ander vorderen Stütze 18A und derhinteren Stütze 19A sobefestigt sind, dass sie den Rotor 20 umgeben. Ein Paarvon Schleifringen 29 ist an einem hinteren Ende der Welle 16 angebracht.Weiterhin ist ein Bürstenhalter 30 aufeiner Innenwandoberflächeder hinteren Stütze 19A soangeordnet, dass er auf einem Außenumfang eines hinteren Endesder Welle 16 angeordnet ist, und sind zwei Bürsten 31 soinnerhalb des Bürstenhalters 30 angeordnet,dass sie jeweils in Kontakt mit einem der beiden Schleifringe 29 gleiten.
    [0062] EinFlüssigkeitskühlkanal 50 istin der hinteren Stütze 19A ausgenommen,und eine Aluminiumrückplatte 51 istso an der hinteren Stütze 19A angebracht,dass sie den Flüssigkeitskühlkanal 50 flüssigkeitsdichtabdichtet. Weiterhin sind, obwohl nicht dargestellt, ein Einlassrohrund ein Auslassrohr mit dem Flüssigkeitskühlkanal 50 verbunden,um ein Kühlmedium 53 zuverteilen. Weiterhin ist ein wärmeleitfähiger Füllstoff 52,der aus wärmeleitfähigem Harzbesteht, beispielsweise Silikonharz, zwischen die hintere Stütze 19A undWicklungsenden der Ankerwicklung 24 eingespritzt.
    [0063] EineWechselrichtereinheit 4B weist ein Gehäuse 46B aus elektrischisolierendem Harz und einen Kühlkörper 47B auf,der einstückigmit dem Gehäuse 46B ausgebildetist. Dieser Kühlkörper 47B weistdie Form eines ebenen C auf, unter Verwendung eines Metalls mitgutem Wärmeleitvermögen, wiebeispielsweise Kupfer, Aluminium usw. Obwohl nicht dargestellt,ist eine Leiterplatte, auf welcher Schaltelemente, Dioden und einKondensator angebracht sind, auf dem Kühlkörper 47B elektrischisoliert angebracht und innerhalb des Gehäuses 46B aufgenommen.
    [0064] Diewie voranstehend geschildert ausgebildete Wechselrichtereinheit 4B istdirekt an einer Rückplatte 51 angebracht,so dass der Kühlkörper 47B einenLagerkasten 19c der hinteren Stütze 19A umgibt. Leitungen 201, 202 und 203 für drei Phasen, dievon Sternschaltungs-Endabschnitten einer Ankerwicklung 24 ausgehen,springen nach außen durchdie hintere Stütze 19A vor,und sind elektrisch an die Wechselrichtereinheit 4B angeschlossen.
    [0065] Beider Ausführungsform5 wird ein Kühlmedium 53 einerBrennkraftmaschine dem Flüssigkeitskühlkanal 50 durchdas Einlassrohr zugeführt,fließt durchden Flüssigkeitskühlkanal 50 undwird dann durch ein Auslassrohr ausgestoßen. Wärme, die in der Ankerwicklung 24 erzeugtwird, wird an die hintere Stütze 19A über denwärmeleitfähigen Füllstoff 52 übertragen,und von dem Kühlmedium 53 aufgenommen,das durch den Flüssigkeitskühlkanal 50 fließt. Wärme, diein den Schaltelementen und den Dioden innerhalb des Gehäuses 46B erzeugtwird, wird an die Rückplatte 51 mitHilfe des Kühlkörpers 47B übertragen,und ebenfalls von dem Kühlmedium 53 aufgenommen,das durch den Flüssigkeitskühlkanal 50 fließt.
    [0066] Dadie Wechselrichtereinheit 4B direkt an dem hinteren Endeder elektrischen Drehmaschine 2A angebracht ist, und dieLeitungen 201, 202 und 203 für die dreiPhasen der Ankerwicklung 24 elektrisch an die Wechselrichtereinheit 4B angeschlossensind, können ähnlicheAuswirkungen wie bei der voranstehenden Ausführungsform 3 auch bei der Ausführungsform5 erzielt werden.
    [0067] Dabei der Ausführungsform5 die Wechselrichtereinheit 4B durch das Kühlmedium 53 gekühlt wird,das durch den Flüssigkeitskühlkanal 50 fließt, wirddie Wechselrichtereinheit 4B wirksam gekühlt. Daherkann der Kühlkörper 47B kompaktausgebildet werden, was eine Verringerung der Abmessungen der Wechselrichtereinheit 4B ermöglicht unddie Anbringbarkeit der Wechselrichtereinheit 4B auf derhinteren Stütze 19A verbessert.Weiterhin teilen sich die Wechselrichtereinheit 4B unddie elektrische Drehmaschine 2A das Kühlmedium 53, was dieKonstruktion in Bezug auf die Kühlungvereinfacht.
    [0068] Weiterhinist bei jeder der voranstehenden Ausführungsformen die Ankerwicklung 24 soausgebildet, dass die drei Phasen der Wicklung in Sternschaltunggeschaltet sind, jedoch kann die Ankerwicklung 24 auchso ausgebildet sein, dass die drei Phasen der Wicklung in Dreiecksschaltunggeschaltet sind.
    [0069] Beijeder der voranstehenden Ausführungsformenist die Ankerwicklung 24 so ausgebildet, dass sie eineWechselstromwicklung von drei Phasen ist, jedoch ist die Ankerwicklung 24 nichtauf drei Phasen beschränkt,und kann auch beispielsweise vier Phasen, fünf Phasen oder sechs Phasenaufweisen.
    [0070] Beijeder der voranstehenden Ausführungsformenwurde die vorliegende Erfindung anhand des Einsatzes bei Hybridfahrzeugenerläutert,jedoch lassen sich entsprechende Auswirkungen auch dann erzielen,wenn die vorliegende Erfindung bei Elektrofahrzeugen eingesetztwird.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeuge,welche aufweist: eine Batterie (5); eine Brennkraftmaschine(1); eine mit der Brennkraftmaschine (1)verbundene elektrische Drehmaschine (2, 2A), diedurch elektrische Energie von der Batterie (5) angetriebenwird, um die Brennkraftmaschine beim Anlassen der Brennkraftmaschineanzulassen, und von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, umWechselstromenergie zu erzeugen, nach dem Anlass der Brennkraftmaschine; eineWechselrichtereinheit (4, 4A, 4B) zurUmwandlung von Gleichstromenergie von der Batterie (5)in Wechselstromenergie, und zum Zuführen der Wechselstromenergiezu der elektrischen Drehmaschine (2, 2A) während desAnlassens der Brennkraftmaschine (1), und zur Umwandlungvon Wechselstromenergie, die in der elektrischen Drehmaschine erzeugtwird, in Gleichstromenergie, und zum Aufladen der Batterie nachdem Anlassen der Brennkraftmaschine; eine Wechselstromverdrahtung(9, 201, 202, 203) zur elektrischenVerbindung der elektrischen Drehmaschine (2, 2A)und der Wechselrichtereinheit (4, 4A, 4B); eineGleichstromverdrahtung (8) zum elektrischen Verbinden derBatterie (5) und der Wechselrichtereinheit (4, 4A, 4B), dadurchgekennzeichnet , dass die Wechselrichtereinheit (4, 4A, 4B)in enger Nähe zuder elektrischen Drehmaschine (2, 2A) angeordnetist.
    [2] Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeugenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichtereinheit(4) an einer radialen Seitenoberfläche der elektrischen Drehmaschine(2) angeordnet ist.
    [3] Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeugenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichtereinheit(4, 4A, 4B) an einer Endoberfläche in Axialrichtungder elektrischen Drehmaschine (2, 2A) angeordnetist.
    [4] Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeugenach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichtereinheit(4, 4A, 4B) direkt an der elektrischenDrehmaschine (2, 2A) angebracht ist.
    [5] Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeugenach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichtereinheit(4) an der elektrischen Drehmaschine (2) mit Hilfeeines Montageteils (15) angebracht ist.
    [6] Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeugenach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichtereinheit(4, 4A, 4B) an einer hinteren Stütze (19, 19A)der elektrischen Drehmaschine (2, 2A) angebrachtist.
    [7] Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeugenach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Ausgangsleitungen(201, 202, 203) einer Ankerwicklung (24)der elektrischen Drehmaschine (2, 2A) elektrischdirekt an die Wechselrichtereinheit (4, 4A, 4B)angeschlossen sind.
    [8] Elektromotor-/Generatoreinrichtung für Kraftfahrzeugenach einem der Ansprüche1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichtereinheit(4B) so ausgebildet ist, dass sie durch ein Kühlmedium(53) fürdie Kühlungder elektrischen Drehmaschine (2A) gekühlt wird.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    JP2004328870A|2004-11-18|
    US20040211613A1|2004-10-28|
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    FR2854283A1|2004-10-29|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
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