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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugantriebsvorrichtung,
bei der ein Elektromotor-Generator und Hilfsmaschinen über
einen Riemen mit einer Kurbelwelle einer Maschine verbunden sind,
und sie bezieht sich insbesondere auf eine ruhige, sehr verlässliche
Fahrzeugantriebsvorrichtung, die ein effizientes drehendes Antreiben
eines Elektromotor-Generators und von Hilfsmaschinen ermöglicht.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Aufgrund
des globalen Umweltschutzes wurden in den vergangenen Jahren Fahrzeugabgas-
und CO2-Reduktionen gefordert. Insbesondere
besteht ein dringender Bedarf an Verbesserungen in Bezug auf den
Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen, da der CO2-Ausstoß proportional
zum Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs ist. Als Maßnahmen
zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs sind Hybridfahrzeuge und
leerlaufverringerte Fahrzeuge weit verbreitet. Zudem wurden Maschinen
stetig aktiv verbessert, obwohl ihre Wirkungen in Bezug auf eine
Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs beschränkt sind.
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Bei
Fahrzeugen ist normalerweise ein Fahrzeuggenerator, der elektrische
Energie für das elektrische Gerät des Fahrzeugs,
für Akkumulatoren und dergleichen liefert, mit Hilfe eines
Riemens direkt mit einer Kurbelriemenscheibe verbunden, die wiederum direkt
mit einer Abtriebswelle einer Maschine verbunden ist. Ferner sind
Hilfsmaschinen, wie beispielsweise Wasserpumpen, Klimaanlagen, Hydropumpen, etc., ähnlich
wie der Fahrzeuggenerator über Riemen mit der Kurbelriemenscheibe
verbunden.
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Der
Fahrzeuggenerator und die Hilfsmaschinen sind über die
Riemen direkt mit der Kurbelriemenscheibe verbunden, die direkt
mit der Abtriebswelle der Maschine verbunden ist, die konstant betrieben
wird, und es ist sehr wichtig, Drehverluste dieser Riemen zu verringern,
um Verbesserungen in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch des Automobils
zu erzielen, da diese Hilfsmaschinen auf die Maschine wirkende Lasten
bilden, selbst wenn sie nicht betrieben werden.
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Diesbezüglich
ist natürlich eine Verbesserung der Erzeugungseffizienz
bei einem Fahrzeuggenerator wichtig. Da der Stromerzeugungs-Input
jedoch von dem Maschinen-Output gewonnen wird, mit anderen Worten
also vom Kraftstoff, ist ein Strommanagement erforderlich, um die
erforderlichen Strommengen zu erzeugen, wenn diese gebraucht werden, etc.,
und zwar derart, dass die Effizienz der Maschine und des Fahrzeugs
insgesamt verbessert werden und nicht einfach nur die Erzeugungseffizient
alleine. Insbesondere ist die Verwendung einer "Wiedergewinnung",
bei der kinetische Energie, die sonst verschwendet werden würde,
wieder gewonnen und zur Stromerzeugung während eines Bremsens
oder dergleichen verwendet wird, in Bezug auf die Verbesserung des
Kraftstoffverbrauchs von großer Bedeutung.
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Da
die Riemen durch die Maschine konstant gedreht werden, wirkt sich
ein Verlust aufgrund eines Rutschens und eines thermischen Abstrahlens
der Gurte beim Übertragen eines Moments auf den Fahrzeuggenerator
und die Hilfsmaschinen nicht nur dahingehend aus, dass die Maschineneffizienz
negativ beeinträchtigt wird, sondern er hat auch einen
großen Einfluss auf die Geräuschentwicklung und
die Lebensdauer des Gurtes.
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Zur
Lösung der zuvor beschriebenen Probleme wurde eine erzeugte
Spannung gesteuert, indem der Feldstrom derart stufenweise erhöht
wurde, dass plötzliche Anstiege der Momentlast der Maschine nicht
auferlegt wurden, wenn große elektrische Lasten mit dem
Generator verbunden wurden (siehe beispielsweise Patentliteratur
1). Ein Abwürgen der Maschine, ein Anstieg der Riemenlast
und ein Rutschen des Riemens wurden auf diese Weise verhindert.
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Ferner
wurden Leerlaufkupplungen in Fahrzeuggeneratoren verwendet, um einen
Drehübertragungsweg in einer Richtung zu sperren, wodurch eine
frühzeitige Beschädigung der Riemen, Geräusche
aufgrund eines Rutschens und dergleichen verhindert und die Lebensdauer
verlängert werden sollen (siehe beispielsweise Patentliteratur
2).
- Patentliteratur 1: Japanische
Patentveröffentlichung Nr. HEI 5-52160 (Amtsblatt)
- Patentliteratur 2: Japanische
Patentveröffentlichung Nr. HEI 7-72585 (Amtsblatt)
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Bei
der Technik gemäß der Patentliteratur 1 wird die
Last auf die Maschine verringert, indem der Betrieb des Generators
selbst gesteuert wird, so dass dieser mit der Maschine zusammenarbeitet.
Jedoch berücksichtigt die Technik gemäß der
Patentliteratur 1 nicht die gesamte Wirkung der Riemen, einschließlich
solcher Hilfsmaschinen, und obwohl zumindest ein gewisser Verlust
in Bezug auf die Drehung der Riemen verringert werden konnte, sind
die Effekte gering. Da der Feldstrom, der eine große Zeitkonstante
hat, gesteuert wird, bestehen zudem Grenzen in Bezug auf die Ansprechbarkeit,
weshalb es schwer ist, den Generator derart zu betreiben, dass er
enger mit der Maschine zusammenarbeitet.
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Da
der Drehübertragungsweg zwischen dem Fahrzeuggenerator
und der Maschine bei der Technik gemäß der Patentliteratur
2 vollständig durch die mechanisch gleitende Leerlaufkupplung
unterbrochen wird, wurden Riemenverlustminderungen, eine Ruckgeräuschunterdrückung
und eine Verlängerung der Lebensdauer in einem gewissen
Maß erzielt, wobei diese Effekte jedoch nicht zufriedenstellend
waren. Da die Riemenscheibe, die den Leerlaufkupplungsmechanismus
aufweist, auch einen kleinen Durchmesser sowie eine komplexe Konstruktion
aufweist, verbleiben ferner große Probleme in Bezug auf die
Lebensdauer der Leerlaufkupplungsmechanismus-Riemenscheibe selbst.
Da die Leerlaufkupplung ein Mechanismus ist, der mechanisch gleitet,
und ein Fahrzeuggenerator, der eine Leerlaufkupplungsriemenscheibe
aufweist, aufgrund der Trägheit seines Rotors später
als die Maschine anhält, wenn die Maschine von einer geringen
Drehzahl auf eine hohe Drehzahl beschleunigt wird, waren Gebläsegeräusche
aufgrund der Drehung des Rotors für den Fahrer und für
Personen in der Nähe des Fahrzeugs unangenehm.
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Die
Techniken gemäß der Patentliteratur 1 und der
Patentliteratur 2 wurden also im Hinblick auf Effekte des Generators
auf die Maschine und auf die Riemen entwickelt, wobei jedoch Verbesserungen
in Bezug auf die Effizienz der Maschine und des Fahrzeugs insgesamt
einschließlich der Hilfsmaschinen nicht berücksichtigt
wurden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugantriebsvorrichtung
zu schaffen, welche die gesamte Fahrzeug- und Maschineneffizienz,
welche eine Maschine und Hilfsmaschinen umfasst, von einem mechanischen
Standpunkt verbessert, der Riemen berücksichtigt, während
die Operation eines Elektromotor-Generators gesteuert wird.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung
gemäß einem ersten Aspekt eine Fahrzeugantriebsvorrichtung,
die aufweist: eine Maschine; einen Elektromotor-Generator, der eine
Generatorfunktion und eine Elektromotorfunktion aufweist; eine erste
Hilfsmaschine; und ein erstes Kraftübertragungsmittel,
das eine Kraftübertragung zwischen einer Kurbelwelle der
Maschine, einer Drehwelle des Elektromotor-Generators und einer
Drehwelle der ersten Hilfsmaschine bewirkt. Das erste Kraftübertragungsmittel
umfasst: eine Kurbelriemenscheibe, die an der Kurbelwelle der Maschine
befestigt ist; eine erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe,
die an der Drehwelle des Elektromotor-Generators befestigt ist;
eine erste Hilfsmaschinenriemenscheibe, die an der Drehwelle der
ersten Hilfsmaschine befestigt ist; einen ersten Riemen, der um die
Kurbelriemenscheibe, die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe
und die erste Hilfsmaschinenriemenscheibe gelegt ist; und eine erste
Leerlaufkupplung, die zwischen der Drehwelle des Elektromotor-Generators
und der ersten Elektromotor-Generator-Riemenscheibe angeordnet ist,
um eine Drehantriebskraft von der Kurbelwelle der Maschine auf die
Drehwelle des Elektromotor-Generators zu übertragen, ohne
eine Drehantriebskraft von der Drehwelle des Elektromotor-Generators
auf die Kurbelwelle der Maschine zu übertragen, und der
Elektromotor-Generator ist motorbetrieben, während die Maschine
angetrieben wird.
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Da
der Elektromotor-Generator gemäß der vorliegenden
Erfindung motorbetrieben ist, wird die Last, die auf die Maschine
wirkt, verringert, so dass die Antriebskraft auf die erste Hilfsmaschine
proportional erhöht werden kann, wobei die Gesamtfahrzeug-
und Maschineneffizienz verbessert wird.
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Zudem
wird die Last, die auf die erste Leerlaufkupplung wirkt, verringert,
indem der Elektromotor-Generator motorbetrieben wird, wodurch die
Lebensdauer der ersten Leerlaufkupplung verbessert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Ansicht einer Systemkonfiguration einer Fahrzeugantriebsvorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Ansicht, die schematisch einen Antriebsstrang der Fahrzeugantriebsvorrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
eine Querschnittsansicht eines elektrischen Motor-Generators, der
in der Fahrzeugantriebsvorrichtung gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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4 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3 in
Richtung der Pfeiler betrachtet;
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5A, 5B und 5C sind
Graphen von Messergebnissen der Maschinendrehzahl der Drehzahl der
Elektromotor-Generator-Riemenscheibe und der Drehzahl des Elektromotor-Generator-Rotors
während des Leerlaufs bei der Fahrzeugantriebsvorrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung und bei Vergleichsbeispielen;
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6 ist
eine Ansicht, die schematisch einen Antriebsstrang in einer Fahrzeugantriebsvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
eine Ansicht, die schematisch einen Antriebsstrang in einer Fahrzeugantriebsvorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
eine Ansicht, die schematisch einen Antriebsstrang in einer Fahrzeugantriebsvorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
und
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9 ist
eine Ansicht, die schematisch einen Antriebsstrang in einer Fahrzeugantriebsvorrichtung gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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1 ist
eine Ansicht einer Systemkonfiguration einer Fahrzeugantriebsvorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine
Ansicht, die schematisch einen Antriebsstrang in der Fahrzeugantriebsvorrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
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In
den 1 und 2 umfasst eine Fahrzeugantriebsvorrichtung:
eine Maschine 1; einen Elektromotor-Generator 15 mit
einer Generatorfunktion und einer Elektromotorfunktion; Hilfsmaschinen, wie
beispielsweise eine Ölpumpe 4 und eine Klimaanlage 7,
die als eine erste Hilfsmaschine dienen, und eine Wasserpumpe 10,
die als eine zweite Hilfsmaschine dient; und einen Akkumulator 13.
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Eine
Kurbelriemenscheibe 3 ist an einer Kurbelwelle 2 befestigt,
die eine Abtriebswelle der Maschine 1 bildet. Eine Ölpumpenriemenscheibe 6 ist an
einer Drehwelle 5 der Ölpumpe 4 befestigt,
eine Klimaanlagenriemenscheibe 9 ist an einer Drehwelle 8 der
Klimaanlage 7 befestigt, und eine Wasserpumpenriemenscheibe 12 ist
an einer Drehwelle 11 der Wasserpumpe 10 befestigt.
Erste und zweite Freilaufkupplungen 50 und 51 sind
an einer Drehwelle 28 des Elektromotor-Generators 15 befestigt
und axial nebeneinander angeordnet. Erste und zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheiben 57 und 58 sind integral
an einer äußeren Kupplung 53 der ersten
und zweiten Leerlaufkupplung 50 und 51 ausgebildet.
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Ein
erster Riemen 60 ist um die Kurbelriemenscheibe 3,
die Ölpumpenriemenscheibe 6, die Klimaanlagenriemenscheibe 9 und
die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 gelegt.
Ein zweiter Riemen 61 ist um die Wasserpumpenriemenscheibe 12 und
die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 gelegt.
Die erste Leerlaufkupplung 50 ist derart konfiguriert,
dass sie ein Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf die Drehwelle 28 des
Elektromotor-Generators 15 in einer Richtung überträgt,
die in 2 durch die Pfeile A gekennzeichnet ist. Die zweite
Leerlaufkupplung 51 ist derart konfiguriert, dass sie ein
Drehmoment von der Drehwelle 28 des Elektromotor-Generators 5 auf
die Drehwelle 11 der Wasserpumpe 10 überträgt,
wie es durch den Pfeil A in 2 gekennzeichnet
ist.
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Vorliegend
bilden die Kurbelriemenscheibe 3, die Ölpumpenriemenscheibe 6,
die Klimaanlagenriemenscheibe 9, die erste Leerlaufkupplung 50,
die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 50 und der
erste Riemen 60 ein erstes Kraftübertragungsmittel,
und die zweite Leerlaufkupplung 51, die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 und
die Wasserpumpenriemenscheibe 12 bilden ein zweites Kraftübertragungsmittel.
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Bei
einer derart aufgebauten Fahrzeugantriebsvorrichtung wird das Drehmoment
von der Maschine 1 mit Hilfe der Kurbelriemenscheibe 3 und dem
ersten Riemen 60 von der Kurbelwelle 2 auf die Ölpumpenriemenscheibe 6,
die an der Drehwelle 5 der Ölpumpe 4 befestigt
ist, die Klimaanlagenriemenscheibe 9, die an der Drehwelle 8 der
Klimaanlage 7 befestigt ist, und die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 übertragen.
Das Drehmoment, das an die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 übertragen
wurde, wird auf die Drehwelle 28 des Elektromotor-Generators 15 mit
Hilfe der ersten Leerlaufkupplung 50 übertragen.
Die Ölpumpe 4, die Klimaanlage 7 und
der Elektromotor-Generator 15 werden auf diese Weise angetrieben.
Das Drehmoment von der Drehwelle 28 des Elektromotor-Generators 15 wird
mit Hilfe der zweiten Leerlaufkupplung 51, der zweiten
Elektromotor-Generator-Riemenscheibe und des zweiten Riemens auf
die Wasserpumpenriemenscheibe 12 übertragen, die
an der Drehwelle 11 der Wasserpumpe 10 befestigt
ist, wodurch die Wasserpumpe 10 angetrieben wird.
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Nachfolgend
wird eine Konfiguration des Elektromotor-Generators 15 unter
Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert. 3 ist
eine Querschnittsansicht eines Elektromotor-Generators in der Fahrzeugantriebsvorrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, und 4 ist eine
Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 3 in
Richtung der Pfeile betrachtet.
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Gemäß 3 umfasst
ein Elektromotor-Generator 20: einen Behälter 23,
der durch ein Motorgehäuse 21 und ein äußeres
Gehäuse 22 gebildet wird; einen Wechselstrommotor 24;
und einen Antriebskreisbereich 36.
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Der
Wechselstrommotor 24 umfasst: einen Rotor 25,
der an der Drehwelle 28 befestigt ist, die drehend an einer
zentralen axialen Position des Motorgehäuses 21 gehalten
ist; und einen Stator 30, der durch einen Innenwandfläche
des Motorgehäuses 21 derart gehalten ist, dass
er den Rotor 25 umgibt. Der Rotor 25 umfasst:
einen Rotorkern 26, der an der Drehwelle 28 befestigt
ist; eine Feldwicklung 27, die auf den Rotorkern 26 gewickelt
ist; und Lüfter 29, die an zwei axialen Endflächen
des Rotorkerns 26 befestigt sind. Der Stator 30 umfasst:
einen zylindrischen Statorkern 31; und eine Ankerwicklung 32,
die auf den Statorkern 31 gewickelt ist. Ein Paar von Gleitringen 33,
die der Feldwicklung 27 elektrischen Strom zuführen,
ist an einem ersten Ende der Drehwelle 28 befestigt, die
durch das Motorgehäuse 21 auswärts vorsteht.
Bürsten 34 sind innerhalb eines Bürstenhalters 35 angeordnet,
der radial außerhalb der Gleitringe 33 angeordnet
ist, um in Kontakt mit den entsprechenden Gleitringen 33 zu
gleiten.
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Der
Antriebskreisbereich 36 wird durch einen Stromkreisbereich 37 und
einen Steuerkreisbereich 31 gebildet. Der Stromkreisbereich 37 umfasst:
mehrere Schaltelemente 38, die einen Wechselrichterkreis
bilden, welcher der Ankerwicklung 32 des Wechselstrommotors 24 Strom
zuführt; und einen Kühlkörper 39,
auf dem mehrere Schaltelemente 38 befestigt sind, und der
an einem Außenumfang an einem ersten Ende des Motorgehäuses 21 angeordnet ist,
so dass er mit dem Bürstenhalter 35 in einer gemeinsamen
Ebene liegt, die sich senkrecht zu eine zentralen Achse der Drehwelle 28 erstreckt,
um zu den Lüftern 29 zu weisen. Der Stromkreisbereich 37 ist
mit einem Glättungskondensator 40 verbunden. Das äußere
Gehäuse 22 ist an dem ersten Ende des Motorgehäuses 21 befestigt,
um den Bürstenhalter 35 und den Stromkreisbereich 37 abzudecken.
Ein Gehäuse 43, das an dem ersten Ende offen ist,
ist an dem äußeren Gehäuse 22 ausgebildet,
so dass es an dem ersten Ende des Stromkreisbereichs 37 positioniert
ist.
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Der
Steuerkreisbereich 41 umfasst eine Steuerkreiskarte 42,
die innerhalb des Gehäuses 43 aufgenommen ist,
so dass sie thermisch von dem Stromkreisbereich 37 isoliert
ist. Die Öffnung an dem ersten Ende des Gehäuses 43 wird
durch einen Deckel 44 abgedeckt. Der Steuerkreisbereich 41 ist
mit dem Stromkreisbereich 37 durch einen Signaldraht 46 verbunden, der
sich durch eine Durchdringungsöffnung 45 erstreckt,
die sich durch das Gehäuse 43 erstreckt.
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Die
ersten und zweiten Elektromotor-Generator-Riemenscheiben 57 und 58 sind
integral mit den äußeren Kupplungen 53 der
ersten und zweiten Leerlaufkupplungen 50 und 51 konfiguriert,
die axial nebeneinander an einem zweiten Endbereich der Drehwelle 28 angeordnet
sind, die auswärts durch das Motorgehäuse 21 vorsteht.
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Wie
es in 4 gezeigt ist, ist die erste Leerlaufkupplung 50 derart
konfiguriert, dass eine innere Kupplung 52 und die äußere
Kupplung 53 konzentrisch angeordnet sind, mehrere keilförmige
Räume 54 umfänglich in einem Spalt zwischen
der inneren Kupplung 52 und der äußeren
Kupplung 53 ausgebildet sind, Walzen 55 innerhalb
der entsprechenden keilförmigen Räume 54 angeordnet
sind, und Federn 56 innerhalb der keilförmigen
Räume 54 positioniert sind, um die Walzen 55 in
eine Richtung zu zwingen, in der sich die keilförmigen
Räume 54 verjüngen (Gegenuhrzeigerrichtung
in 4). Die erste Leerlaufkupplung 50 wird
befestigt, indem die innere Kupplung 52 auf der Drehwelle 28 derart
befestigt wird, dass die Spalte der keilförmigen Räume 54 sich
nach und nach in der Richtung des Pfeils A in 2 verjüngen.
V-förmige Nuten sind an einer Außenumfangsfläche
der äußeren Kupplung 53 ausgebildet, um
die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 zu bilden.
Mit anderen Worten, ist die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 integral an
der äußeren Kupplung 53 konfiguriert.
Die zweite Leerlaufkupplung 51 ist an der Drehwelle 28 derart befestigt,
dass sie axial neben der ersten Leerlaufkupplung 50 angeordnet
ist. Ferner ist die zweite Leerlaufkupplung 51 in ähnlicher
Weise wie die erste Leerlaufkupplung 50 konfiguriert, mit
Ausnahme der Tatsache, dass sie befestigt wird, indem die innere Kupplung 52 auf
der Drehwelle 28 derart angeordnet wird, dass die Spalte
der keilförmigen Räume 54 sich in der
Richtung des Pfeils A in 2 nach und nach aufweiten.
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Nachfolgend
wird die Betätigung einer Fahrzeugantriebsvorrichtung und
dem zuvor beschriebenen Aufbau erläutert.
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Wenn
ein Zündschalter (nicht gezeigt) eingeschaltet wird, wird
elektrischer Strom zunächst einem Anlassermotor (nicht
gezeigt) von einem Akkumulator 13 zugeführt. Der
Anlassermotor wird auf diese Weise drehend angetrieben, wodurch
die Maschine 1 angelassen wird. Nach Abschluss des Anlassens
der Maschine 1 wird der Elektromotor-Generator 15 durch
den Antriebskreisbereich 36 betätigt, um als ein
Generator zu arbeiten.
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Dann
wird an dem ersten Ende des Motorgehäuses 21 Luft
in das äußere Gehäuse 22 gesaugt, wie
es durch die Pfeile B in 3 dargestellt ist, sobald die
Lüfter 29 zusammen mit der Drehung des Rotors 25 drehend
angetrieben werden. Die Luft, die in das äußere
Gehäuse 22 gesaugt wurde, strömt axial,
kühlt den Stromkreisbereich 37 und strömt
anschließend in das Motorgehäuse 21 durch
Lufteinlassöffnungen 21a an dem Motorgehäuse 21.
Daraufhin wird die Luft, die in das Motorgehäuse 21 geströmt ist,
zentrifugal durch die Lüfter 29 abgelenkt, kühlt
ein Spulenende 32a der Ankerwicklung 32 und wird
dann durch die Auslasslöcher 21b ausgelassen.
Auf diese Weise wird die Wärme, die in den Schaltelementen 38 erzeugt
wird, von dem Kühlkörper 39 an die Luft abgestrahlt,
wodurch ein übermäßiger Temperaturanstieg
in den Schaltelementen 38 verhindert wird. Ähnlich
wird Wärme, die in der Ankerwicklung 32 erzeugt
wird, durch das Spulenende 32a an die Luft abgestrahlt,
wodurch ein übermäßiger Temperaturanstieg
der Ankerwicklung 32 verhindert wird.
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Gleichzeitig
strömt an dem zweiten Ende des Motorgehäuses 21 Luft
in das Motorgehäuse 21 durch die Lufteinlassöffnungen 21c,
wird zentrifugal durch die Lüfter 29 abgelenkt,
kühlt ein Spulenende 32b der Ankerwicklung 32 und
wird dann durch die Luftauslassöffnungen 21d ausgelassen.
Auf diese Weise wird ein übermäßiger
Temperaturanstieg der Ankerwicklung 32 verhindert.
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Wenn
die Maschine 1 angetrieben wird und sich die Kurbelwelle 2 in
Richtung des Pfeils A in 2 dreht, wird ein Drehmoment
von der Kurbelwelle 2 an die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 über
die Kurbelriemenscheibe 3 und den ersten Riemen 60 übertragen.
Die Walzen 55 der ersten Leerlaufkupplung 50 bewegen
sich aufgrund der von den Federn 56 ausgeübten
Kraft in Richtung des engen Raums der keilförmigen Räume 54 und
kommen mit den keilförmigen Räumen 54 in
Eingriff. Entsprechend drehen sich die innere Kupplung 52,
die an der Drehwelle 28 befestigt ist, und die äußere Kupplung 53,
an der die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 integral
ausgebildet ist, gemeinsam, und die Drehwelle 28 dreht
sich in Richtung des Pfeils A.
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Wenn
sich die Drehwelle 28 in Richtung des Pfeils A dreht, bewegen
sich die Walzen 55 der zweiten Leerlaufkupplung 51 in
Richtung des engen Raums der keilförmigen Räume 54 aufgrund
der von den Federn 56 ausgeübten Kraft und kommen
mit den keilförmigen Räumen 54 in Eingriff.
Die innere Kupplung 52, die an der Drehwelle 28 befestigt
ist, und die äußere Kupplung 53, an der
die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 integral
ausgebildet ist, drehen sich dann gemeinsam. Auf diese Weise wird
ein Drehmoment von der Kurbelwelle 2 auf die Drehwelle 11 über
die Kurbelriemenscheibe 3, den ersten Riemen 60,
die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57, die
erste Leerlaufkupplung 50, die Drehwelle 28, die
zweite Leerlaufkupplung 51, die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58,
den zweiten Riemen 61 und die Wasserpumpenriemenscheibe 12 übertragen,
so dass die Wasserpumpe 10 betrieben wird. Da die zweite
Leerlaufkupplung 51 befestigt ist, wird ferner kein Moment von
der Wasserpumpe 10 in Richtung des Elektromotor-Generators 15 und
der Maschine 1 übertragen.
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Das
Drehmoment von der Kurbelwelle 2 wird auch auf die Drehwellen 5 und 8 über
die Kurbelriemenscheibe 3, den ersten Riemen 60,
die Ölpumpenriemenscheibe 6 und die Klimaanlagenriemenscheibe 9 übertragen,
so dass die Ölpumpe 4 und die Klimaanlage 7 drehend
angetrieben werden.
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Der
Rotor 25 wird gedreht, wodurch ein umlaufendes Magnetfeld
an der Ankerwicklung 32 erzeugt und ein Wechselstrom in
die Ankerwicklung 32 induziert wird. Der Wechselstrom,
der in die Ankerwicklung 32 induziert wird, wird mit Hilfe
des Stromkreisbereichs 37 in einen Gleichstrom umgewandelt und
dem Akkumulator 13 zugeführt. Der Gleichstrom, der
mit Hilfe des Stromkreisbereichs 37 umgewandelt wurde,
wird den Hilfsmaschinen zugeführt, wie beispielsweise der Ölpumpe 4,
der Klimaanlage 7, etc., wodurch die Ölpumpe 4 und
die Klimaanlage 7 betrieben werden.
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Nachfolgend
werden Riemenausfallverringerungen aufgrund der Verwendung von Leerlaufkupplungen
erläutert. 5B zeigt Messungen der Maschinendrehzahl
während einer Leerlaufdrehung (Ne), der Elektromotor-Generator-Riemenscheibe-Drehzahl
(Np) und der Elektromotor-Generator-Rotor-Drehzahl (Nr) bei einem
Vergleichsbeispiel, das einen Elektromotor-Generator verwendet,
an dem eine Leerlaufkupplung 50 befestigt war. Zur Erläuterung
von Leerlaufkupplungsriemenverlustverringerungen zeigt 5C ferner
Messungen bei einem herkömmlichen Beispiel, das einen Elektromotor-Generator
in einer identischen Maschine verwendet, an der keine Leerlaufkupplung
befestigt war. Da die Antriebsenergie in einer Maschine 1 nur
während des explosiven (Energie-)Hubs und keine Antriebskraft während
anderer Hübe erzeugt wird, sind ferner kleine Fluktuationen
in Bezug auf die Winkelgeschwindigkeit während der Drehung
einer Kurbelwelle 2 stets vorhanden.
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Entsprechend
treten bei der Maschinendrehzahl (Ne) Wellen auf, wie es in den 5B und 5C gezeigt
ist.
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Relative
Drehunterschiede treten zwischen der Maschinendrehzahl (Ne) und
der Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl (Np) nicht auf,
wenn die Maschine 1 konstant und stabil drehend angetrieben
wird. Jedoch können große Geschwindigkeitsunterschiede
zwischen der Maschinendrehzahl (Ne) und dem Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl
(Np) in Abhängigkeit von den Trägheitsmassen der
entsprechenden rotierenden Massen auftreten, da insbesondere die
Trägheitsmasse von Rotoren groß sein können.
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Entsprechend
ist in 5C zu erkennen, dass im Falle
des herkömmlichen Beispiels Zugspannungen auf den Riemen
wirken, wenn die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl
(Np) geringer als die Maschinendrehzahl (Ne) ist, wohingegen Druckkräfte
auf den Riemen wirken, wenn die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl
(Np) größer als die Maschinendrehzahl (Ne) ist,
und die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl (Np) fluktuiert
stärker als die Maschinendrehzahl (Ne). Entsprechend ist
bei dem herkömmlichen Beispiel ein Verlust aufgrund von
Geschwindigkeitsunterschieden zwischen der Maschinendrehzahl (Ne) und
der Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl (Np) groß.
Dieser Verlust ist in 5C durch das Bezugssymbol Sc bezeichnet.
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Im
Falle des Vergleichsbeispiels, bei dem eine Leerlaufkupplung 50 vorgesehen
war, wie es in 5B gezeigt ist, wird die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl
(Np) aufgrund der Trägheit größer als
die Maschinendrehzahl (Ne), wenn der aufsteigende Gradient der Maschinendrehzahl
(Ne) sinkt. Dann rutscht die Leerlaufkupplung 15 aufgrund
der Trägheit, wenn die Rotordrehzahl (Nr) größer
als die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl (Np) wird,
und die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl (Np) und
die Rotordrehzahl (Nr) folgen verschiedenen Kurven.
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Die
Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl (Np) steigt an, woraufhin
sie nach und nach abnimmt, um sich der Maschinendrehzahl (Ne) anzupassen.
Gleichzeitig steigt die Rotordrehzahl (Nr) an, und, wenn sie nach
und nach abnimmt, um sich der Maschinendrehzahl (Ne) anzupassen,
kommen die innere Kupplung 52 und die äußere
Kupplung 53 der Leerlaufkupplung 50 wieder in
Eingriff, so dass ein Drehmoment von der Maschine 1 auf
den Rotor 25 übertragen wird. Vorliegend fällt
die Rotordrehzahl (Nr) aufgrund der Trägheit unter die
Maschinendrehzahl (Ne) und steigt dann mit dem Anstieg der Maschinendrehzahl
(Ne) an. Die Rotordrehzahl (Nr) läuft der Maschinendrehzahl
(Ne) geringfügig nach. Aufgrund des Wiedereingriffs zwischen
der inneren Kupplung 52 und der äußeren
Kupplung 53 wirkt auf den ersten Riemen 60 eine
Zugkraft, und die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl (Np)
durchläuft einen Übergangszustand des Spannens
des ersten Riemens 60, bevor sie mit der Rotordrehzahl
(Nr) übereinstimmt.
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Im
Falle des Vergleichsbeispiels, bei dem eine Leerlaufkupplung 50 vorgesehen
ist, gibt es also auch einen Zustand, bei dem Zugkräfte
auf den ersten Riemen 60 wirken, wenn die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl
(Np) geringer als die Maschinendrehzahl (Ne) ist. Die Leerlaufkupplung 50 rutscht
jedoch, wenn die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl
(Np) größer als die Maschinendrehzahl (Ne) ist.
Da der Verlust aufgrund der Geschwindigkeitsunterschiede zwischen
der Maschinendrehzahl (Ne) und der Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl
(Np) bei dem Vergleichsbeispiel nur während des Zugs erzeugt
wird, der das minimale Moment von der Maschine 1, das zur
Stromerzeugung erforderlich ist, überträgt, wird der
Verlust im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel, bei dem keine Leerlaufkupplung 50 vorgesehen
ist, jedoch verringert. Der Verlust dieses Vergleichsbeispiels ist
in 5B durch das Bezugssymbol Sb gekennzeichnet.
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Anhand
der 5B und 5C ist
zu erkennen, dass der Verlust aufgrund von Geschwindigkeitsunterschieden
zwischen der Maschinendrehzahl (Ne) und der Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl
(Np) durch Vorsehen einer Leerlaufkupplung 50 verringert
werden kann. Da die innere Kupplung 52 und die äußere
Kupplung 53 jedoch eine umgekehrte Geschwindigkeit zueinander
haben, wenn die Walzen 55 wieder mit den keilförmigen Räumen 54 in
Eingriff kommen, nachdem die Leerlaufkupplung gerutscht ist (der
Moment am Punkt X in 5B), wird ein starker mechanischer
Ruck erzeugt, wodurch bei der Leerlaufkupplung Probleme in Bezug
auf die Vibration und die Lebensdauer erzeugt werden.
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Zur
Lösung der zuvor beschriebenen Probleme verringert die
erste Ausführungsform die Lasten, die auf die Leerlaufkupplung 50 wirken,
indem der Elektromotor-Generator 15 derart als ein Elektromotor
angetrieben wird, dass er mit den Maschinenwellen zusammenarbeitet.
Genauer gesagt, wird die Drehung des Motors 25 der ersten
Ausführungsform durch Antreiben des Elektromotor-Generators 15 als ein
Elektromotor in Leerlaufperioden der Maschine 1 unterstützt,
wenn die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl (Np) größer
als die Maschinendrehzahl (Ne) ist und aufgrund der Trägheit
abfällt. 5A zeigt Messungen der Maschinendrehzahl
(Ne), der Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl (Np) und
der Elektromotor-Generator-Rotor-Drehzahl (Nr) der ersten Ausführungsform während
einer Leerlaufdrehung.
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Indem
der Elektromotor-Generator 15 als ein Elektromotor auf
diese Art und Weise angetrieben wird, wird der abfallende Gradient
der Rotordrehzahl (Nr) sanfter, wie es in 5A gezeigt
ist. Entsprechend nimmt die Rotordrehzahl (Nr) nach und nach ab,
um sich der Maschinendrehzahl (Ne) anzupassen, und die innere Kupplung 52 und
die äußere Kupplung 53 der Leerlaufkupplung 50 kommen
wieder in Eingriff, so dass das Drehmoment von der Maschine 1 auf
den Rotor 25 übertragen wird. Vorliegend fällt
die Rotordrehzahl (Nr) aufgrund der Trägheit unter die
Maschinendrehzahl (Ne), und steigt dann zusammen mit dem Anstieg
der Maschinendrehzahl (Ne) an. Die Rotordrehzahl (Nr) läuft
der Maschinendrehzahl (Ne) geringfügig nach. Eine Zugkraft
wirkt auf den ersten Riemen 60 aufgrund des Wiedereingriffs
zwischen der inneren Kupplung 52 in der äußeren
Kupplung 53, und die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl
(Np) durchläuft einen Dehnungs-Übergangszustand
des ersten Riemens 60, bevor sie sich der Rotordrehzahl
(Nr) anpasst.
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Da
der abfallende Gradient der Rotordrehzahl (Nr) bei der ersten Ausführungsform
sanfter ist, sind die Drehzahlfluktuationen von einem Maximum bis
zu demjenigen Zeitpunkt, zu dem sich die Rotordrehzahl (Nr) an die
Maschinendrehzahl (Ne) angepasst hat, geringer als bei den Vergleichsbeispielen. Entsprechend
ist die Beschleunigung des Rotors 25 an Punkten, an denen
die Rotordrehzahl (Nr) mit der Maschinendrehzahl (Ne) übereinstimmt,
geringer als bei den Vergleichsbeispielen, und ein mechanischer Ruck
beim Wiedereingriff zwischen der inneren Kupplung 52 und
der äußeren Kupplung 53 wird verringert,
wodurch Vibrationsstörungen gemindert werden und auch die
Lebensdauer der Leerlaufkupplung 50 verbessert wird.
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Da
der abfallende Gradient der Rotordrehzahl (Nr) sanfter ist, sind
ferner die Punkte, an denen die Rotordrehzahl (Nr) mit der Maschinendrehzahl (Ne) übereinstimmt,
in Richtung der Spitzen der Wellen der Maschinendrehzahl (Ne) versetzt.
Mit anderen Worten, werden Regionen, in denen Zugkräfte auf
den ersten Riemen 60 wirken, verringert. Ein Verlust aufgrund
von Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen der Maschinendrehzahl (Ne)
und der Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl (Np) kann
entsprechend, verglichen mit den Vergleichsbeispielen, verringert
werden, wodurch die Effizienz verbessert wird. Der Verlust bei der
ersten Ausführungsform ist in 5A durch
das Bezugssymbol Sa gekennzeichnet.
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Da
es erforderlich ist, das Maschinenmoment als Antwort auf das Beschleunigen
und Abbremsen durch den Fahrer, die elektrischen Belastungsbedingungen
des Fahrzeugs und dergleichen einzustellen, um das Fahrverhalten
zu verbessern und den Leerlauf zu stabilisieren, ist es wünschenswert,
das Moment in der Maschine 1 in Abhängigkeit von
verschiedenen Fahrzeugbelastungen zu steuern. Das plötzliche
Erzeugen eines Moments, das bei einem Fahrzeuggenerator erforderlich
ist, um Strom zum Antreiben elektrischer Gebläse zu erzeugen, oder
um auf das Einschalten von elektrischem Gerät durch Benutzer
zu reagieren, etc., belastet die Maschine. Aufgrund dessen wurde
der Erregerstrom zum Rotor konventionell gesteuert, um diesen nach und
nach derart zu erhöhen, dass ein plötzliches Erzeugen
eines Momentes nicht auftritt. Jedoch ist das Steuermaß dahingehend
beschränkt, dass das Moment, das zur Stromerzeugung erforderlich
ist, nach und nach erhöht wird, oder dass die Stromerzeugung angehalten
wird, um das Erzeugen eines Momentes zu verringern, das zur Stromerzeugung
erforderlich ist, etc., und es war nicht möglich, das Trägheitsmoment
von dem Rotor des Fahrzeuggenerators selbst zu eliminieren.
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Gemäß der
ersten Ausführungsform kann die Last, die auf die Maschine 1 durch
den Elektromotor-Generator 15 ausgeübt wird, verringert
werden, indem der Elektromotor-Generator 15 als ein Elektromotor
angetrieben wird. Während eines Leerlaufs der Maschine 1 können
zudem die Maschine 1 und der Elektromotor-Generator 15 zudem
voneinander isoliert werden, indem das Drehhilfsmoment des Rotors 25 erhöht
wird, so dass dieses ein Spitzenmaschinenmoment überschreitet,
wodurch die Last, die auf die Maschine 1 durch den Elektromotor-Generator 15 ausgeübt
wird, eliminiert werden kann.
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Die
ersten und zweiten Elektromotor-Generator-Riemenscheiben 57 und 58 sind
integral mit den äußeren Kupplungen 53 der
ersten und zweiten Leerlaufkupplungen 50 und 51 konfiguriert,
die axial nebeneinander an der Drehwelle 28 angeordnet
sind, und die Wasserpumpe 10 ist über die zweite
Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 und den zweiten
Riemen 61 verbunden. Die Übertragung eines Moments
an die Wasserpumpe 10 kann somit nicht nur von der Maschine 1 erfolgen,
sondern auch von dem Elektromotor-Generator 15. Der Elektromotor-Generator 15 kann
also den Zusammenhang des Momentes zwischen der Wasserpumpe 10 und
der Maschine 1 steuern, ebenso wie den Zusammenhang zwischen
der Wasserpumpe 10 und anderen Hilfsmaschinen, die mit
der Maschine 1 verbunden sind, wie beispielsweise die Ölpumpe 4,
die Klimaanlage 7, etc. Entsprechend kann der Freiheitsgrad beim
Steuern des Maschinenmoments als Antwort auf Fahrzeugbedingungen
und elektrische Belastungsbedingungen des Fahrzeugs erhöht
werden.
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Da
die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 an der
Drehwelle 28 mit der dazwischen angeordneten zweiten Leerlaufkupplung 51 derart
befestigt ist, dass Reaktionskräfte, die zu einem Verlust
führen, wie beispielsweise Drehwellen von der Wasserpumpe 10,
etc., nicht auf die Drehwelle 28 übertragen werden,
wodurch ein Verlust der Riemendrehung an der zweiten Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 verringert
wird.
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Da
die ersten und zweiten Elektromotor-Generator-Riemenscheiben 57 und 58 axial
nebeneinander auf der Drehwelle 28 angeordnet sind, ist
es nicht erforderlich, die ersten und zweiten Elektromotor-Generator-Riemenscheiben 57 und 58 horizontal anzuordnen,
wodurch die Riemenauslegungseigenschaften verbessert werden, und
der Freiheitsgrad bei der Auslegung der Hilfsmaschine, die mit der
Maschine 1 verbunden sind, kann erhöht werden.
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Die
Feldwicklung 27 des Rotors 25 wird durch 400 Windungen
eines Kupferdrahts gebildet, der einen Drahtdurchmesser von 1 mm,
einen Widerstand von 0,219 Ω und eine Induktivität
von 50 mH aufweist. Die Ankerwicklung 32 des Stators 30 ist
mit Hilfe von Delta-Verbindungswicklungen konfiguriert, bei denen
ein Kupferdraht, der einen Drahtdurchmesser von 1,6 mm aufweist,
mit drei Windungen gewickelt wurde, die parallel verwunden wurden.
Er hat einen Widerstand von 9 mΩ und eine Induktivität
von 0,034 mH. Entsprechend weist der Rotor 25 eine Zeitkonstante
von 100 ms auf, und der Stator 30 hat eine Zeitkonstante
von 6,8 ms, und es ist zu erkennen, dass die Ansprechbarkeit des
Stators 30 viel besser als diejenige des Rotors 25 ist.
In Bezug auf die Elektromotorfunktion und die Generatorfunktion des
Elektromotor-Generators 15 ist es entsprechend vorteilhaft,
den elektrischen Strom des Rotors 25 konstant zu halten
und den Wert und die Phase des elektrischen Stroms zu steuern, der
zu der Ankerwicklung 32 des Stators 30 geleitet
wird. Eine feine Steuerung des Momentes als Antwort auf Maschinenwellen
wird auf diese Weise ermöglicht, so dass die Antriebskraft
und die elektrische Energie vollständig und effizient verwendet
werden können.
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Zusätzlich
können die nachfolgend beschriebenen Effekte erzielt werden,
indem die Elektromotorfunktion des Elektromotor-Generators 15 aktiv
genutzt wird.
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Während
der Maschinenbeschleunigung, wenn die Elektromotor-Generator-Riemenscheiben-Drehzahl
(Np) kleiner als die Maschinendrehzahl (Ne) ist und der Elektromotor-Generator 15 durch
die Maschine 1 derart angetrieben wird, dass er Strom erzeugt,
sind die Walzen 55 in den keilförmigen Räumen 54 zunächst
in einem gesperrten Zustand, und es wirken große Spannungen
auf die innere Kupplung 52 und die äußere
Kupplung 53. Indem der Elektromotor-Generator 15 in
diesem Zustand als ein Elektromotor angetrieben wird, können
die Spannungen, die auf die innere Kupplung 52 und auf
die äußere Kupplung 53 wirken, verringert
werden, so dass die Lebensdauer der Leerlaufkupplung 50 verbessert und
auch die Geräuscherzeugung unterdrückt werden
kann. Da es sich bei dieser Region um eine Region handelt, in welcher
der Elektromotor-Generator 15 effektiv als ein Generator
arbeitet, ist es ferner nicht wünschenswert, den Elektromotor-Generator 15 durch
die gesamte Region als einen Elektromotor anzutreiben, sondern es
ist vielmehr wünschenswert, dies auf eine Anfangsperiode
während der Maschinenbeschleunigung zu beschränken.
Indem der Elektromotor-Generator 15 als ein Elektromotor
angetrieben wird, werden Lasten, die auf die Maschine 1 wirken,
verringert, wodurch die Beschleunigungsleistung der Maschine 1 verbessert
wird.
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Da
der Elektromotor-Generator 15 mit der ersten Leerlaufkupplung 50 ausgerüstet
ist, bremst der Rotor 15 während des Abbremsens
der Maschine 1 aufgrund der Trägheit nicht sofort
ab, und die erste Leerlaufkupplung 50 rutscht. Sobald die
Drehzahl des Rotors 15 der Drehzahl der Maschine 1 entspricht,
kommt die erste Leerlaufkupplung 50 wieder in Eingriff.
Die Zeitdauer, bis die erste Leerlaufkupplung 50 wieder
in Eingriff kommt, kann vorliegend verzögert werden, indem
der Elektromotor-Generator 15 als ein Elektromotor angetrieben
wird, so dass Drehwellen verringert werden können. Die
Last, die auf die erste Leerlaufkupplung 50 wirkt, wenn
die erste Leerlaufkupplung 50 wieder in Eingriff kommt,
wird ebenfalls verringert, so dass die Lebensdauer der Leerlaufkupplung 50 verbessert
und auch die Geräuscherzeugung unterdrückt werden
kann. Zudem kann die Maschine 1 sanfter abgebremst werden.
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Während
eines schnellen Abbremsens der Maschine 1 werden die Geräuscherzeugung
und die Wärme von dem Elektromotor-Generator 15 und
der ersten Leerlaufkupplung 15 problematisch, da die erste
Leerlaufkupplung 50 rutscht und da der Rotor 25 aufgrund
der Trägheit nicht abbremst. Indem der Elektromotor-Generator 15 schnell
abgebremst wird, um die Drehzahl des Rotors 25 mit der
Drehzahl der Maschine 1 zu diesem Zeitpunkt zu synchronisieren, wird
der Rotor 25 mit der Drehzahl der Maschine 1 synchronisiert
und schnell abgebremst, wodurch die Geräuscherzeugung und
die Wärmeerzeugung unterdrückt werden und die
Lebensdauer der ersten Leerlaufkupplung 50 verbessert wird.
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Da
der Rotor 25 aufgrund der Trägheit später als
die Maschine 1 anhält, wenn die Maschine 1 von einer
geringen Geschwindigkeit zum Stillstand kommt, werden durch die
Lüfter 29 aufgrund der Drehung des Rotors 25 Geräusche
erzeugt. Indem der Elektromotor-Generator 15 zu diesem
Zeitpunkt abgebremst wird, um den Drehzahlgradienten beim Anhalten
auf ein Niveau zu bringen, kann die Geräuscherzeugung durch
die Lüfter 29 verhindert werden.
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Bei
der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform wird das
Drehmoment von dem Elektromotor-Generator 15 auf die Wasserpumpe 10 mit
Hilfe der zweiten Leerlaufkupplung 51 und des zweiten Riemens 61 übertragen,
wobei jedoch auch eine Hilfsmaschine, die eine temporäre
Antriebskraft benötigt, wie beispielsweise ein variabler
Ventiltaktmechanismus; anstelle der Wasserpumpe 10 verwendet werden
kann. Ein variabler Ventiltaktmechanismus wird eingesetzt, um einen ökonomischen
Kraftstoffverbrauch und eine hohe Leistung zu erzielen, oder um
einen ökonomischen Kraftstoffverbrauch und geringe Emissionen
zu erzielen, wobei ein getaktetes Antreiben einer Nockenwelle durch
einen hydraulischen Magneten durchgeführt wird. Da der
Hydraulikdruck als ein Arbeitsmedium verwendet wird, kann der Hydraulikdruck
mit der schnellen Beschleunigung der Maschine während einer
schnellen Beschleunigung einer Maschine Schritt halten, so dass
der variable Ventiltaktmechanismus daran gehindert wird, als Antwort
auf die schnelle Beschleunigung der Maschine zu agieren. In diesem
Fall kann der variable Ventiltaktmechanismus als Antwort auf die
schnelle Beschleunigung der Maschine betätigt werden, indem
der Elektromotor-Generator 15 als ein Elektromotor angetrieben wird,
um den Anstieg des Hydraulikdrucks durch ein Drehmoment von dem
Elektromotor-Generator 15 während der schnellen
Beschleunigung der Maschine zu unterstützen. Wenn eine
temporäre Antriebskraft benötigt wird, kann also
die benötigte Antriebskraft bereitgestellt werden, indem
der Elektromotor-Generator 15 als ein Elektromotor betrieben
wird.
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Zweite Ausführungsform
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6 ist
eine Ansicht, die schematisch einen Antriebsstrang in einer Fahrzeugantriebsvorrichtung gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Gemäß 6 ist
eine zweite Leerlaufkupplung 51A an einer Drehwelle befestigt,
so dass diese axial neben einer ersten Leerlaufkupplung 50 angeordnet
ist. Eine zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 ist
integral an einer äußeren Kupplung 53 der
zweiten Leerlaufkupplung 51A konfiguriert. Eine Turboladerriemenscheibe 18 ist
an einer Drehwelle 17 eines Turboladers 16 befestigt,
der als eine zweite Hilfsmaschine dient. Ein zweiter Riemen 61 ist
um die Turboladerriemenscheibe 18 und die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 gelegt.
Vorliegend bilden die zweite Leerlaufkupplung 51A, die
zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 und die
Turbolader-Riemenscheibe 18 ein zweites Kraftübertragungsmittel.
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Ansonsten
entspricht der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform
in etwa derjenigen der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform.
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Vorliegend
ist die zweite Leerlaufkupplung 51A ähnlich wie
die zweite Leerlaufkupplung 51 der ersten Ausführungsform
konfiguriert, jedoch mit Ausnahme der Tatsache, dass eine Richtung
der Momentübertragung verschieden ist. Genauer gesagt, sind
die keilförmigen Räume 54 der zweiten Leerlaufkupplung 51A derart
konfiguriert, dass sie nach und nach in einer Rückwärtsrichtung
zu den keilförmigen Räumen 54 der zweiten
Leerlaufkupplung 51 enger werden. Ferner entspricht die
Richtung der Momentübertragung der zweiten Leerlaufkupplung 51A derjenigen
der ersten Leerlaufkupplung 50.
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Bei
einer derart konfigurierten Fahrzeugantriebsvorrichtung wird das
Drehmoment von der Maschine 1 von der Kurbelwelle 2 auf
die Ölpumpenriemenscheibe 6, die Klimaanlagenriemenscheibe 9 und
die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 mit Hilfe
der Kurbelriemenscheibe 3 und des ersten Riemens 60 übertragen.
Das Drehmoment, das an die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 übertragen
wurde, wird auf die Drehwelle 28 des Elektromotor-Generator 15 mit
Hilfe der ersten Leerlaufkupplung 50 übertragen,
um die Ölpumpe 4, die Klimaanlage 7 und
den Elektromotor-Generator 15 anzutreiben. Die zweite Leerlaufkupplung 51A rutscht,
so dass das Drehmoment von der Drehwelle 28 des Elektromotor-Generators 15 nicht
auf die Drehwelle 17 des Turboladers 16 über
die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 und
den zweiten Riemen 61 übertragen wird.
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Der
Turbolader 16 wird durch eine externe Antriebskraft angetrieben,
die sich von der Antriebskraft von der Maschine 1 unterscheidet.
Wenn der Turbolader 16 angetrieben wird, wird somit die
Drehkraft von diesem auf die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 über
die Turbolader-Riemenscheibe 18 übertragen, die
an der Drehwelle 17 befestigt ist, und den zweiten Riemen 61 übertragen. Sobald
die Drehzahl der zweiten Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 größer
als die Drehzahl der Drehwelle 28 wird, werden die Walzen 55 in
den keilförmigen Räumen 54 gesperrt,
und das Drehmoment von dem Turbolader 16 wird auf die Drehwelle 28 übertragen.
Der Rotor 25 wird auf diese Weise drehend angetrieben.
Vorliegend kann die Antriebskraft von dem Turbolader 16 von
dem Akkumulator 13 gespeichert werden, indem der Elektromotor-Generator 15 als
ein Generator betrieben wird.
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Sobald
die Drehzahl der Drehwelle 28 größer als
die Drehzahl der ersten Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 27 wird,
wenn das Drehmoment von dem Turbolader 16 auf die Drehwelle 28 übertragen
wird, rutscht die erste Leerlaufkupplung 50, und das Drehmoment
von dem Turbolader 16 wird nicht auf die Kurbelwelle 2 der
Maschine 1 über die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 und
den ersten Riemen 60 übertragen.
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Bei
der zweiten Ausführungsform kann also elektrische Energie
mit Hilfe des Elektromotor-Generators 15 als Antwort auf
Betriebsbedingungen des Akkumulators 13 und des Turboladers 16 gewonnen werden,
ohne andere Systeme zu beeinträchtigen. Die "Wiedergewinnung",
bei der kinetische Energie, die sonst verschwendet werden würde,
wie beispielsweise Trägheitskräfte im Abgas oder
dergleichen, wieder gewonnen und zur Stromerzeugung verwendet wird,
kann effektiv genutzt werden, wodurch starke Verbesserungen in Bezug
auf den Kraftstoffverbrauch erzielt werden.
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Da
die Reaktionskräfte, die zu einem Verlust führen,
wie beispielsweise Drehwellen von der Maschine 1, dem Rotor 25,
etc., nicht zu der zweiten Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 übertragen
werden, kann ein Verlust der Riemenrotation an der zweiten Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 verringert
werden.
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Während
eines normalen Antreibens der Maschine 1 rutscht die zweite
Leerlaufkupplung 51A, und die Last an der Maschine 1 wird
nicht erhöht. Da die zweite Leerlaufkupplung 51A normalerweise rutscht,
ist es nicht erforderlich, die Lebensdauer der zweiten Leerlaufkupplung 51A stark
zu erhöhen, so dass ihre Größe verringert
werden kann.
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Ferner
sollte klar sein, dass bei der zweiten Ausführungsform ähnliche
Effekte wie bei der ersten Ausführungsform ebenfalls erzielt
werden können, indem der Elektromotor-Generator 15 als
ein Elektromotor in ähnlicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen
ersten Ausführungsform angetrieben wird.
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Dritte Ausführungsform
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7 ist
eine Ansicht, die schematisch einen Antriebsstrang in einer Fahrzeugantriebsvorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Gemäß 7 ist
eine zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58A direkt
an einer Drehwelle befestigt, so dass sie neben einer ersten Leerlaufkupplung 50 angeordnet
ist. Vorliegend bilden die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58A und
die Wasserpumpenriemenscheibe 12 ein zweites Kraftübertragungsmittel.
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Ansonsten
entspricht der Aufbau dieser Ausführungsform im Wesentlichen
derjenigen der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform.
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Bei
einer derart konfigurierten Fahrzeugantriebsvorrichtung wird das
Drehmoment von der Maschine 1 von der Kurbelwelle 2 auf
die Ölpumpenriemenscheibe 6, die Klimaanlagenriemenscheibe 9 und
die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 über
die Kurbelwellenriemenscheibe 3 und den ersten Riemen 60 übertragen.
Das Drehmoment, das auf die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 übertragen
wurde, wird auf die Drehwelle 28 des Elektromotor-Generators 15 über
die erste Leerlaufkupplung 50 übertragen, um die Ölpumpe 4,
die Klimaanlage 7 und den Elektromotor-Generator 15 anzutreiben.
Das Drehmoment von der Drehwelle 28 des Elektromotor-Generators 15 wird
auf die Wasserpumpenriemenscheibe 12 über die
zweite Elektromotor- Generator-Riemenscheibe 58A und den
zweiten Riemen 61 übertragen, so dass die Wasserpumpe 10 angetrieben
wird.
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Sobald
die Drehzahl der Drehwelle 28 größer als
die Drehzahl der ersten Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 wird,
wenn die Trägheitskraft von der Wasserpumpe 10 auf
die Drehwelle 28 über die Wasserpumpenriemenscheibe 12,
den zweiten Riemen 61 und die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58A übertragen
wird, rutscht die erste Leerlaufkupplung 50. Entsprechend
wird der Rotor 25 durch die Trägheitskraft von
der Wasserpumpe 10 drehend angetrieben. Vorliegend kann
die Trägheitskraft von der Wasserpumpe 10 durch
den Akkumulator 13 wieder gewonnen werden, indem der Elektromotor-Generator 15 als
ein Generator betrieben wird.
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Entsprechend
kann bei der dritten Ausführungsform eine "Wiedergewinnung",
bei der die Trägheitskraft von der Wasserpumpe 10 wieder
gewonnen und zur Stromerzeugung verwendet wird, effektiv verwendet
werden, wodurch große Verbesserungen in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch
erzielt werden können.
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Da
die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58A direkt
an der Drehwelle 28 befestigt ist, wird ein Übertragen
des Momentes zwischen der Wasserpumpe 10 und dem Elektromotor-Generator 15 möglich.
Entsprechend kann der Elektromotor-Generator 15 den wechselseitigen
Einfluss des Momentes zwischen der Wasserpumpe 10 und der Maschine 1 effektiv
steuern, ebenso wie wechselseitige Einflüsse zwischen der
Wasserpumpe 10 und anderen Hilfsmaschinen, wie beispielsweise
die Ölpumpe 4, die Klimaanlage 7, etc.
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Ferner
sollte klar sein, dass mit der dritten Ausführungsform ähnliche
Effekte wie bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform
erzielt werden können, indem der Elektromotor-Generator 15 als
ein elektrischer Motor in ähnlicher Weise wie bei der zuvor
beschriebenen ersten Ausführungsform betrieben wird.
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Vierte Ausführungsform
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8 ist
eine Ansicht, die schematisch einen Antriebsstrang in einer Fahrzeugantriebsvorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Gemäß 8 ist
eine Leerlaufkupplung 50A an einer Drehwelle 28 derart
befestigt, dass eine Richtung der Momentübertragung derjenigen
der ersten Leerlaufkupplung 50A entspricht. Ein Riemenscheibenkörper 59 ist
integral an einer äußeren Kupplung 53 der
ersten Leerlaufkupplung 50A konfiguriert. Erste und zweite
Elektromotor-Generator-Riemenscheiben 57 und 58 sind
integral an dem Riemenscheibenkörper 59 ausgebildet,
so dass sie axial nebeneinander angeordnet sind. Vorliegend bilden
eine Kurbelriemenscheibe 3, eine Ölpumpenriemenscheibe 6,
eine Klimaanlagenriemenscheibe 9, die erste Leerlaufkupplung 50A,
die erste Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 57 (Riemenscheibenkörper 59)
und ein erster Riemen 60 ein erstes Kraftübertragungsmittel,
und die zweite Elektromotor-Generator-Riemenscheibe 58 (Riemenscheibenkörper 59),
eine Wasserpumpenriemenscheibe 12 und ein zweiter Riemen 61 bilden
ein zweites Kraftübertragungsmittel.
-
Ansonsten
entspricht der Aufbau dieser Ausführungsform im Wesentlichen
derjenigen der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform.
-
Bei
einer derart konfigurierten Fahrzeugantriebsvorrichtung wird das
Drehmoment der Maschine 1 von der Kurbelwelle 2 auf
die Ölpumpenriemenscheibe 6, die Klimaanlagenriemenscheibe 9 und den
Riemenscheibenkörper 59 über die Kurbelriemenscheibe 3 und
den ersten Riemen 60 übertragen. Das Drehmoment,
das auf den Riemenscheibenkörper 59 übertragen
wurde, wird auf die Drehwelle 28 des Elektromotor-Generators 15 über
die erste Leerlaufkupplung 50A derart übertragen,
um die Ölpumpe 4, die Klimaanlage 7 und
den Elektromotor-Generator 15 anzutreiben. Das Drehmoment,
das auf den Riemenscheibenkörper 59 übertragen
wurde, wird auf die Wasserpumpenriemenscheibe 12 über
den zweiten Riemen 61 übertragen, so dass die
Wasserpumpe 10 angetrieben wird.
-
Vorliegend
rutscht die erste Leerlaufkupplung 50A, wenn der Elektromotor-Generator 15 als ein
Elektromotor betrieben wird, wodurch die Momentübertragung
zwischen der Maschine 1 und dem Elektromotor-Generator 15 unterbrochen
wird. Somit wird die Momentübertragung von der Maschine 1 auf den
Elektromotor-Generator 15 eliminiert, wodurch die Momentübertragung
zur Wasserpumpe 10 proportional erhöht werden
kann. Der Elektromotor-Generator 15 kann somit den wechselseitigen
Einfluss des Momentes zwischen der Wasserpumpe 10 und der
Maschine 1 effektiv steuern, ebenso wie wechselseitige
Einflüsse zwischen der Wasserpumpe 10 und weiteren
Hilfsmaschinen, wie beispielsweise die Ölpumpe 4,
die Klimaanlage 7, etc.
-
Ferner
sollte klar sein, dass bei der vierten Ausführungsform ähnliche
Effekte wie bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform
erzielt werden können, indem der Elektromotor-Generator 15 als
ein Elektromotor in ähnlicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen
ersten Ausführungsform betrieben wird.
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Fünfte Ausführungsform
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9 ist
eine Ansicht, die schematisch einen Antriebsstrang in einer Fahrzeugantriebsvorrichtung gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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Gemäß 9 ist
ein Lüfter 62 direkt an einer Drehwelle 28 befestigt.
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Ansonsten
entspricht der Aufbau dieser Ausführungsform im Wesentlichen
derjenigen der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform.
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Da
der Lüfter 62 gemäß der fünften
Ausführungsform direkt durch die Antriebskraft von der
Maschine 1 oder die Antriebskraft von dem Elektromotor-Generator 15 angetrieben
werden kann, kann der Elektromotor-Generator 15 den wechselseitigen
Einfluss des Antreibens des Lüfters 62 und des
Moments von der Maschine 1 steuern, ebenso wie wechselseitige
Einflüsse zwischen dem Antreiben des Lüfters 62 und
anderen Hilfsmaschinen, die mit der Maschine 1 verbunden
sind, wie beispielsweise die Ölpumpe 4, die Klimaanlage 7,
etc.
-
Ferner
sollte klar sein, dass bei der fünften Ausführungsform ähnliche
Effekte wie bei der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform
erzielt werden können, indem der Elektromotor-Generator 15 als
ein Elektromotor in ähnlicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen
ersten Ausführungsform betrieben wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 5-52160 [0008]
- - JP 7-72585 [0008]