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Title:
DRIVE SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE COMPRISING AN ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/093663
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a drive system for a motor vehicle comprising an internal combustion engine (1) and a transmission (2). A driving shaft (4) is assigned to the internal combustion engine (1) while a transmission shaft (5) is assigned to the transmission (2). The driving shaft (4) and transmission shaft (5) are connected to each other. A free space (6) is disposed between the internal combustion engine (1) and the transmission (2) in the direction of the driving shaft (4) or the transmission shaft (5). An electric machine (3) which is operable as a starter/generator is assigned to the internal combustion engine (1). A power electronics unit (7) that is arranged inside the free space (6) is assigned to the electric machine (3).

Inventors:
Bosch, Hermann (Flandernstrasse 53/2, Esslingen, 73732, DE)
Kemmler, Roland (Kächeleweg 7, Stuttgart, 70619, DE)
Lang, Jürgen (Hölderlinweg 3, Backnang, 71522, DE)
Sahm, Dietrich (Ströbling 30, Bad Urach, 72574, DE)
Schnüpke, Hubert (Eduard-Steinle-Strasse 52, Stuttgart, 70619, DE)
Application Number:
PCT/EP2003/002729
Publication Date:
November 13, 2003
Filing Date:
March 15, 2003
Export Citation:
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Assignee:
DAIMLERCHRYSLER AG (Epplestrasse 225, Stuttgart, 70567, DE)
Bosch, Hermann (Flandernstrasse 53/2, Esslingen, 73732, DE)
Kemmler, Roland (Kächeleweg 7, Stuttgart, 70619, DE)
Lang, Jürgen (Hölderlinweg 3, Backnang, 71522, DE)
Sahm, Dietrich (Ströbling 30, Bad Urach, 72574, DE)
Schnüpke, Hubert (Eduard-Steinle-Strasse 52, Stuttgart, 70619, DE)
International Classes:
B60K17/04; F02B61/00; F02B67/00; F02B67/06; F02B77/00; F02N11/04; (IPC1-7): F02B67/00; F02N11/04
Foreign References:
US20010022243A1
DE19952625A1
US6032632A
DE19949931A1
DE19926612A1
DE3332515A1
Attorney, Agent or Firm:
Kocher, Klaus-peter (DaimlerChrysler AG, IPM - C106, Stuttgart, 70546, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraft maschine (1) und einem Getriebe (2), wobei der Brennkraftmaschine (1) eine Triebwelle (4) zugeord net ist, dem Getriebe (2) eine Getriebewelle (5) zugeordnet ist, Triebwelle (4) und Getriebewelle (5) miteinander verbun den sind, in der Richtung der Trieb (4) bzw. der Getriebewelle (5) freier Bauraum (6) zwischen der Brennkraftmaschine (1) und dem Getriebe (2) vorgesehen ist, der Brennkraftmaschine (1) eine elektrische Maschine (3) zugeordnet ist, welche als Starter/Generator betreibbar ist, die elektrische Maschine (3) über einen Riemen (8) mit der Triebwelle (4) der Brennkraftmaschine (1) triebver bunden ist, und der elektrischen Maschine (3) eine Leistungselektronik einheit (7) zugeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Leistungselektronikeinheit (7) in dem freien Bauraum (6) angeordnet ist.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Leistungselektronikeinheit (7) wenigstens teilweise ringförmig ausgeführt ist und die Triebwelle (4) und/oder die Getriebewelle (5) wenigstens teilweise umschließt.
3. Antriebssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die elektrische Maschine (3) formschlüssig mit einem Gehäu se (8) der Brennkraftmaschine (1) verbunden ist.
4. Antriebssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zusätzlich ein Schaltelement in dem freien Bauraum (6) an geordnet ist.
5. Antriebssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zusätzlich ein Energiespeicher in dem freien Bauraum (6) angeordnet ist.
6. Antriebssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zusätzlich ein DC/DCWandler in dem freien Bauraum (6) an geordnet ist.
7. Antriebssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Leistungselektronikeinheit (7) eine Kühleinheit (14, 15) aufweist.
8. Antriebssystem nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zusätzlich eine zweite elektrische Maschine zum Starten der Brennkraftmaschine (1) in dem freien Bauraum (6) angeordnet ist.
9. Antriebssystem nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s dass die zweite elektrischen Maschine formschlüssig mit der Leistungselektronikeinheit (7) verbunden ist.
Description:
Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahr- zeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Aus der Offenlegungsschrift DE 199 26 612 AI ist ein Riemen- trieb für eine Brennkraftmaschine bekannt, welche eine Kur- belwelle und einen Starter-Generator aufweist. Hierbei ist die Kurbelwelle mit einer ersten Riemenscheibe versehen und der Starter-Generator mit einer zweiten Riemenscheibe. Ein Riemen umspannt die beiden Riemenscheiben.

Aus der Offenlegungsschrift DE 33 32 515 AI ist eine elektri- sche Maschine bekannt, der ein Stromrichtergerät zur Ansteue- rung zugeordnet ist. Das Stromrichtergerät ist in einem Klemmkasten auf einer planebenen Kontaktfläche eingebaut. Der Klemmkasten ist in der Gehäusewand der elektrischen Maschine vorgesehen.

In Antriebssystemen für Fahrzeuge steht üblicherweise wenig Bauraum für den Einbau von insbesondere fakultativen Kompo- nenten, wie beispielsweise einer Leistungselektronik und/oder einem Starter-Generator, zur Verfügung. Ein zusätzlicher Einbau erfordert oft teure Umkonstruktionen des ursprüngli- chen Antriebssystems bestehend aus einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe. Eine Fahrzeugbaureihe weist üblicherweise eine breite Brennkraftmaschinen-bzw. Verbrennungsmotoren- und Getriebepalette auf. Wird den Brennkraftmaschinen eine elektrische Maschine, insbesondere ein Starter-Generator zugeordnet, so sind auch hier unterschiedliche Ausführungen von Starter-Generatoren denkbar, um eine flexible Gestaltung der Fahrzeugbaureihe zu ermöglichen. Für kleinvolumige Brenn- kraftmaschinen werden üblicherweise riemengetriebene elektri- sche Maschinen eingesetzt, während für großvolumige Brenn- kraftmaschinen vorzugsweise integrierte elektrische Maschinen eingesetzt werden. Unter einer integrierten elektrischen Maschine ist eine elektrische Maschine zu verstehen, die zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe angeord- net ist. Neben dem Bauraum für die elektrische Maschine muß im Fahrzeug auch noch Bauraum für eine dieser zugeordnete Leistungselektronikeinheit, eventuelle Energiespeicher, Kühleinheiten und weitere elektrische Komponenten vorgesehen sein. Die elektrische Maschine wird vorzugsweise zum Start- Stopp-Betrieb des Kraftfahrzeugs eingesetzt. Der Start-Stopp- Betrieb führt zu einer Verbrauchseinsparung und zu einer Verringerung der Umweltbelastung durch Abgase bzw. Emissio- nen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Antriebssystem mit einer elektrischen Maschine mit möglichst geringem Bauraumbedarf zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem zeichnet sich dadurch aus, dass eine Leistungselektronikeinheit bauraumsparend in das Antriebssystem integriert ist. Dies führt zu einer kom- pakten Bauweise und Packaging-Vorteilen. Die integrierte Bauweise führt weiterhin zu einer Verbesserung der elektro- magnetischen Verträglichkeit, da nur kurze elektrische Lei- tungen benötigt werden. Dies ist in modernen Fahrzeugen, die üblicherweise eine Vielzahl von elektrischen Komponenten wie beispielsweise Steuergeräte beinhalten, besonders günstig.

Auch bei Antriebssystemen, welche eine große Getriebeglocke aufweisen und welche für ein hohes Startmoment ausgelegt sind, stellt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung mehr Bauraum bzw. Volumen für eine Leistungselektronikeinheit zur Verfü- gung.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssys- tems und Fig. 2 einen Längsschnitt eines Ausschnitts einer Zusammen- bauzeichnung eines erfindungsgemäßen Antriebssys- tems.

In Fig. 1 ist schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Das Antriebssystem weist eine Brennkraftmaschine 1, ein Getriebe 2 und eine elektrische Maschine 3 auf. Der Brennkraftmaschine 1 ist eine Triebwelle bzw. eine Kurbelwelle 4 zugeordnet. Dem Getriebe 2 ist eine Getriebewelle 5 zugeordnet. Die Triebwel- le 4 und die Getriebewelle 5 sind vorzugsweise über eine Kupplung 10 miteinander verbunden. Das Getriebe 2 kann auch einen Wandler bzw. einen Drehmomentwandler umfassen. Das Getriebe 2 kann manuell oder automatisch betrieben werden. In Richtung der Triebwelle 4 bzw. der Getriebewelle 5 ist ein freier Bauraum 6 zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Getriebe 2 vorgesehen. Die elektrische Maschine 3 ist der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet und wird vorzugsweise als Starter-Generator betrieben. Zusätzlich kann die elektrische Maschine 3 auch als Motor betrieben werden und die Brenn- kraftmaschine 1 beispielsweise beim Beschleunigen des Kraft- fahrzeugs unterstützen (sogenanntes Boosten). Zum Ansteuern der elektrischen Maschine 3 ist eine Leistungselektronikein- heit 7 vorgesehen, welche erfindungsgemäß in dem freien Bauraum 6 zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Getriebe 2 angeordnet ist. Diese Leistungselektronikeinheit 7 umfaßt die üblichen, zum Betreiben einer elektrischen Maschine 3 benötigten Bauelemente, wie beispielsweise Umrichter beste- hend aus Halbleiterschaltern (z. B. Transistoren) bzw. Leis- tungshalbleitern, Freilaufdioden, zusätzliche Leistungshalb- leiter, ggf. eine Strom-bzw. Spannungsversorgungsquelle, eventuelle Schutzschalter und elektrische Leitungen. Als Leistungshalbleiter werden bevorzugterweise MOSFETs und/oder IGBTs eingesetzt. Als elektrische Maschine 3 wird üblicher- weise eine Drehstrommaschine verwendet. Jede Phase bzw. jeder Rotorstrang der elektrischen Maschine 3 wird typischerweise über Leistungshalbleiter angesteuert, welche als Halbbrücke verschaltet sind.

Die Leistungselektronikeinheit 7 ist vorzugsweise derart gestaltet, dass sie wenigstens teilweise ringförmig ausge- führt ist und die Triebwelle 4 und/oder die Getriebewelle 5 wenigstens teilweise umschließt. Ein nicht dargestelltes Gehäuse der Leistungselektronikeinheit 7 ist vorzugsweise entsprechend ausgebildet.

Die elektrische Maschine 3 ist vorzugsweise über einen Riemen mit der Triebwelle 4 der Brennkraftmaschine 1 triebverbunden.

Hierfür weist die Triebwelle 4 typischerweise eine erste, nicht dargestellte Riemenscheibe auf. Der elektrischen Ma- schine 3 ist eine zweite Riemenscheibe 9 zugeordnet. Der Riemen 8 umspannt diese beiden Riemenscheiben. Es können nicht dargestellte Spannvorrichtungen zum Spannen des Riemens 8 vorgesehen sein. In dieser Ausführungsform ist die elektri- sche Maschine 3 vorzugsweise formschlüssig mit einem Gehäuse 8 der Brennkraftmaschine 1 verbunden. Alternativ kann die elektrische Maschine 3 von der Brennkraftmaschine 1 beabstan- det im Kraftfahrzeug angeordnet sein.

Die Flexibilität bei der Gestaltung einer Fahrzeugbaureihe kann beispielsweise durch den Einsatz unterschiedlicher elektrischer Maschinen erhöht werden. So ist das Volumen bzw. die Größe des freien Bauraums 6 vorzugsweise derart gewählt, dass bei Verwendung einer integrierten elektrischen Maschine anstelle einer riemengetriebenen elektrischen Maschine 3, diese zusätzlich oder anstelle der Leistungselektronikeinheit 7 in den freien Bauraum 6 integriert werden kann. Diese flexible Ausnutzung des freien Bauraums 6 gestattet es inner- halb einer Fahrzeugbaureihe beispielsweise unterschiedliche Systeme zur Realisierung eines Start-Stopp-Betriebs einzuset- zen. Neben Packaging-Vorteilen führt dies ebenfalls zu Kos- tenvorteilen, da ein Umstrukturieren eines Antriebsstranges bzw. Antriebssystems vermieden werden kann, welches hohe Kosten verursachen würde.

In der Fig. 2 ist ein Längsschnitt eines Ausschnitts einer Zusammenbauzeichnung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Funktionell gleiche Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in der Fig. 1. Wie schon in der Fig. 1 dargestellt, ist zwischen der Brennkraftmaschi- ne 1 bzw. dessen Gehäuse 8 und zwischen dem Getriebe 2 bzw. dessen Gehäuse 9 eine feststehende Leistungselektronikeinheit 7 vorgesehen. Die der Brennkraftmaschine 1 zugeordnete Trieb- welle bzw. Kurbelwelle 4 und die dem Getriebe 2 zugeordnete Getriebewelle 5 sind vorzugsweise mittels eines Zwischenflan- sches 11 und einer Kupplung 10 verbunden. Die Leistungselekt- ronikeinheit 7 ist vorzugsweise wenigstens teilweise ringför- mig ausgebildet und umschließt bevorzugterweise die Verbin- dungsstelle von Triebwelle 4 und Getriebewelle 5 wenigstens teilweise. Es ist eine Befestigung 12 vorgesehen, welche die Leistungselektronikeinheit 7 an dem Verbrennungsmotorgehäuse 8 befestigt. In dem erfindungsgemäßen Antriebssystem kann vorzugsweise zwischen Leistungselektronikeinheit 7 und Kupp- lung 10 ein Schwungrad 13 vorgesehen sein, welches der Erhö- hung der Gleichförmigkeit der Rotationsbewegung der Wellen bzw. der Erhöhung des Massenträgheitsmomentes dienen kann.

Die Leistungselektronikeinheit 7 weist vorzugsweise eine Kühleinheit auf, von welcher in der Fig. 2 beispielhaft Kühlkanäle 15 und ein Kühlmittelübertritt 14 dargestellt sind. Die Kühlung erfolgt vorzugsweise mittels Luft-und/oder Wasserkühlung.

Zusätzlich zu der Leistungselektronikeinheit 7 können in dem freien Bauraum 6 bevorzugterweise variantenabhängig ein zusätzlicher, nicht dargestellter Leistungs-bzw. Energie- speicher, ein nicht dargestellter Leistungsschalter bzw. ein Schaltelement, beispielsweise ein Schutzschalter, ein nicht dargestellter DC/DC-Wandler und weitere, insbesondere elekt- rische Komponenten, z. B. ein Steuergerät bzw. eine Steuerein- heit integriert sein. Als Leistungs-bzw. Energiespeicher kann vorzugsweise ein sogenannter Ultracap-Kondensator und/oder eine Zusatzbatterie eingesetzt werden, welche zu- sätzlich zu der üblicherweise im Fahrzeug enthaltenen, im Bordnetz integrierten Fahrzeugbatterie vorgesehen sein kann.

Die elektrische Maschine 3 ist derart ausgeführt, dass sie auch als Generator betrieben werden kann, um beispielsweise die beim Abbremsen des Fahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine 1 freiwerdende Bremsenergie in elektrische Energie umzuwan- deln. Diese elektrische Energie wird vorzugsweise über einen DC/DC-Wandler in ein Fahrzeugbordnetz und/oder in einen Leistungs-bzw. Energiespeicher gespeist (sogenannte Rekupe- ration).

Zusätzlich zu der Leistungselektronikeinheit 7 kann in dem freien Bauraum 6 eine zweite, nicht dargestellte elektrische Maschine vorgesehen sein, welche vorzugsweise zum Starten der Brennkraftmaschine 1 dient. Diese zweite elektrische Maschine wird auch als Zusatzstarter bezeichnet. Die zweite elektri- sche Maschine ist vorzugsweise formschlüssig mit der Leis- tungselektronikeinheit 7 verbunden. Die zur Ansteuerung dieser zweiten elektrischen Maschine benötigten Leistungs- halbleiter bzw. Halbleiterelemente, insbesondere ein Umrich- ter, können in der Leistungselektronikeinheit integriert sein. Die zweite elektrische Maschine ist vorzugsweise an dem radial am weitesten von der Triebwelle 4 bzw. der Getriebe- welle 5 entferntesten Punkt bzw. an der radial am weitesten entferntesten Seite der Leistungselektronikeinheit 7 angeord- net.