EP0876554B1

Starter/generator for an internal combustion engine, in particular a vehicle engine

Abstract

This record has no abstract on file.

EP0876554B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 5

Term

Term ended

Expired 31 August 2016, 10.1 years ago.

  1. Priority
  2. Filed
  3. Granted
  4. Expired
  5. Today

24 claims: 24 independent, 0 dependent

  1. 1
    A starter/generator for an internal combustion engine (1), especially that of a motor vehicle, with - an electric rotary-field machine (4), which exercises the starter and generator function; and- at least one inverter (17) which generates the voltages and/or currents of variable frequency, amplitude, and/or phase that are required for the magnetic fields of the electric machine (4) by sine-evaluated pulse modulation with a clock frequency greater than 10 kHz;- wherein the inverter (17) has an intermediate circuit with a voltage level that is higher than an on-board network;- and wherein the inverter (17) in the intermediate circuit is equipped with an energy accumulator (19, 24) to store up energy for the starter operation;- wherein both the withdrawal of energy from the intermediate circuit in the starter operation of the electric machine (4) and the storage of energy in the intermediate circuit in the generator operation take place at the elevated voltage level. Démarreur/générateur pour un moteur à combustion (1), notamment d'un véhicule automobile, comportant:- une machine électrique à champ tournant (4), qui assume la fonction de démarreur et de générateur;et- au moins un onduleur (17) qui produit les tensions et/ou courants, qui sont nécessaires pour les champs magnétiques de la machine électrique (4) et possèdent une fréquence, une amplitude et/ou une phase variables par modulation par impulsions à fonction sinusoïdale, avec une fréquence de cadencement supérieure à 10 kHz;- dans lequel l'onduleur (17) comporte un circuit intermédiaire ayant un niveau de tension élevé par rapport à un réseau de bord;et- dans lequel l'onduleur (17) situé dans le circuit intermédiaire est équipé d'un accumulateur d'énergie (19, 24) servant à accumuler une énergie pour le fonctionnement en démarreur;- dans lequel aussi bien le prélèvement d'énergie dans le circuit intermédiaire lors du fonctionnement en démarreur de la machine électrique (4) ainsi que l'alimentation en énergie dans le circuit intermédiaire dans le fonctionnement en mode générateur s'effectue au niveau accru de tension. Starter/Generator für einen Verbrennungsmotor (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit - einer elektrischen Drehfeldmaschine (4), welche die Starter- und Generatorfunktion ausübt;und- wenigstens einem Wechselrichter (17), der die für die magnetischen Felder der elektrischen Maschine (4) benötigten Spannungen und/oder Ströme variabler Frequenz, Amplitude und/oder Phase durch sinusbewertete Pulsmodulation mit einer Taktfrequenz größer 10 kHz erzeugt;- wobei der Wechselrichter (17) einen Zwischenkreis mit einem gegenüber einem Bordnetz erhöhten Spannungsniveau aufweist;- und wobei der Wechselrichter (17) im Zwischenkreis mit einem Energiespeicher (19, 24) zum Speichern von Energie für den Starterbetrieb ausgerüstet ist;- wobei sowohl die Energieentnahme aus dem Zwischenkreis im Starterbetrieb der elektrischen Maschine (4) als auch die Energieeinspeisung in den Zwischenkreis im Generatorbetrieb auf dem erhöhten Spannungsniveau erfolgt.
  2. 2
    A starter/generator according to Claim 1, in which the electric machine (4) starts the internal combustion engine (1) by merging in from standstill. Démarreur/générateur selon la revendication 1, dans lequel la machine électrique (4) fait démarrer le moteur à combustion (1) d'une manière synchrone à partir de l'arrêt. Starter/Generator nach Anspruch 1, bei welchem die elektrische Maschine (4) den Verbrennungsmotor (1) im Zusammenlauf aus dem Stand startet.
  3. 3
    A starter/generator according to Claim 2, in which the relative rotary speeds of internal combustion engine (1) and electric machine (4) are equal in the starter and in the generator operation. Démarreur/générateur selon la revendication 2, dans lequel les vitesses de rotation relatives du moteur à combustion (1) et de la machine électrique (4) sont identiques dans le fonctionnement en démarreur et dans le fonctionnement en générateur. Starter/Generator nach Anspruch 2, bei welchem die Relativdrehzahlen von Verbrennungsmotor (1) und elektrischer Maschine (4) im Starter- und im Generatorbetrieb gleich sind.
  4. 4
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the electric machine (4) is coupled or can be coupled directly to a drive shaft (10) of the internal combustion engine or of a drive train. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) est couplée ou peut être couplée directement à un arbre d'entraînement (10) du moteur à combustion ou d'une chaîne motrice. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Maschine (4) direkt mit einer Triebwelle (10) des Verbrennungsmotors oder eines Triebstrangs gekoppelt oder koppelbar ist.
  5. 5
    A starter/generator according to Claim 4, in which the electric machine (4) is mounted on the drive shaft (10) and joined to it in torsion-free manner. Démarreur/générateur selon la revendication 4, dans lequel la machine électrique (4) est montée sur l'arbre d'entraînement (10) et est reliée d'une manière bloquée en rotation sur cet arbre. Starter/Generator nach Anspruch 4, bei welchem die elektrische Maschine (4) auf der Triebwelle (10) sitzt und drehfest mit ihr verbunden ist.
  6. 6
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the electric machine (4) is an induction machine, a synchronous machine, or a reluctance machine. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) est une machine asynchrone, une machine synchrone ou une machine à reluctance. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Maschine (4) eine Asynchronmaschine, eine Synchronmaschine oder eine Reluktanzmaschine ist.
  7. 7
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which one rotary field generating element (stator 8) of the electric machine (4) has at least eight poles (39). Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une unité active (stator 8), qui produit le champ tournant, de la machine électrique (4) possède au moins huit pôles (39). Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine drehfelderzeugende Wirkeinheit (Ständer 8) der elektrischen Maschine (4) wenigstens acht Pole (39) aufweist.
  8. 8
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the electric machine (4) has a high maximum pole reversal frequency, in particular between 300 and 1600 Hz and more. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) possède une fréquence d'alternance polaire maximale élevée, notamment comprise entre 300 et 1600 Hz et plus. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Maschine (4) eine hohe maximale Polwechselfrequenz, insbesondere zwischen 300 und 1600 Hz und mehr, hat.
  9. 9
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the stator (8) of the electric machine (4) has thin stator plates, in particular with a thickness of 0.35 mm or less, and/or the stator plates are made from a material with low remagnetisation losses, in particular less than 1 Watt/kilogram at 50 Hz and one Tesla. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le stator (8) de la machine (4) possède des tôles statoriques minces, possédant notamment une épaisseur de 0,35 mm ou moins, et/ou que les tôles statoriques sont fabriquées en un matériau possédant de faibles pertes par inversion d'aimantation, notamment inférieures à 1 watt/kilogramme à 50 Hz, et un tesla. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Ständer (8) der elektrischen Maschine (4) dünne Ständerbleche, insbesondere mit einer Dicke von 0,35 mm oder weniger, aufweist und/oder die Ständerbleche aus einem Material mit niedrigen Ummagnetisierungsverlusten, insbesondere kleiner als 1 Watt/Kilogramm bei 50 Hz und einem Tesla, gefertigt sind.
  10. 10
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the electric machine (4) has winding heads which have an axial projection of between 5 mm and 25 mm for each side of the stator (8) of the electric machine (4). Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) possède des têtes de bobinage, qui présentent un débordement axial compris entre 5 mm et 25 mm de chaque côté du stator (8) de la machine électrique (4). Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Maschine (4) Wikkelköpfe aufweist, die einen axialen Überstand zwischen 5mm und 25mm pro Seite des Ständers (8) der elektrischen Maschine (4) haben.
  11. 11
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the air gap between rotor (9) and stator (8) of the electric machine (4) is between 0.5 mm and 1.5 mm. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'entrefer entre le rotor (9) et le stator (8) dans la machine électrique (4) est compris entre 0,5 mm et 1,5 mm. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Luftspalt zwischen Läufer (9) und Ständer (8) der elektrischen Maschine (4) zwischen 0,5mm und 1,5mm beträgt.
  12. 12
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the back thickness of the stator (8) of the electric machine (4) is between 15 mm and 30 mm. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'épaisseur du dos du stator (8) de la machine électrique est comprise entre 15 mm et 30 mm. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Rückendicke des Ständers (8) der elektrischen Maschine zwischen 15mm und 30mm beträgt.
  13. 13
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the electric machine (4) has an internal fluid cooling, in particular, a spray fluid cooling (12), wherein the supply of cooling fluid takes place in dependence in particular on the loss power and/or rotary speed. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) possède un refroidissement intérieur par fluide, notamment un refroidissement par un fluide projeté (12), l'amenée du fluide de refroidissement s'effectuant notamment en fonction de la puissance dissipée et/ou en fonction de la vitesse de rotation. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Maschine (4) eine innere Fluidkühlung, insbesondere eine Sprühflüssigkeitskühlung (12), aufweist, wobei die Zufuhr des Kühlfluids insbesondere verlustleistungs- und/oder drehzahlabhängig erfolgt.
  14. 14
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the electric machine (4) works far into the magnetic saturation region, in particular, at a current coverage (at maximum torque) of at least 400 to 1000 A/cm air gap length in the circumferential direction. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) travaille fortement dans la zone de saturation magnétique, notamment avec une densité de courant linéique (pour le couple maximum) d'au moins 400 à 1000 A/cm de longueur d'entrefer dans la direction circonférentielle. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Maschine (4) stark im Bereich magnetischer Sättigung arbeitet, insbesondere bei einem Strombelag (bei max. Drehmoment) von wenigstens 400 bis 1000 A/cm Luftspaltlänge in Umfangsrichtung.
  15. 15
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the electric machine (4) has a high torque density - in terms of the maximum torque - in particular, greater than 0.01 Nm/cm3. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) possède une densité de couple élevée - rapportée au couple maximum -, notamment supérieure à 0,01 Nm/cm3. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Maschine (4) eine hohe Drehmomentdichte - bezogen auf das maximale Drehmoment - aufweist, insbesondere größer als 0,01 Nm/cm3.
  16. 16
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which electronic switches (43, 47, 50) of the inverter (17) are fluid-cooled, in particular, boiling bath cooled. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel des interrupteurs électroniques (43, 47, 50) de l'onduleur (17) sont refroidis par un fluide et notamment sont refroidis par un bain porté à ébullition. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem elektronische Schalter (43, 47, 50) des Wechselrichters (17) fluidgekühlt, insbesondere siedebadgekühlt, sind.
  17. 17
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which several electronic switches (43) of the inverter (17), in particular, 2 to 20 and more, are connected in parallel. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel plusieurs interrupteurs électroniques (43) de l'onduleur (17), notamment 2 à 20 et davantage, sont branchés en parallèles. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem mehrere elektronische Schalter (43) des Wechselrichters (17), insbesondere 2 bis 20 und mehr, parallel geschaltet sind.
  18. 18
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the inverter (17) contains, as switches (43, 47, 50), semiconductor switches, in particular, fast semiconductor switches, such as field-effect transistors, bipolar transistors, and/or bipolar transistors with insulated gate connection (IGBTs). Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'onduleur (17) comprend comme interrupteurs (43, 47, 50) des interrupteurs à semiconducteurs, notamment des interrupteurs à semiconducteurs rapides, tels que des transistors à effet de champ, des transistors bipolaires, et/ou des transistors bipolaires comportant une borne de grille isolée (IGBT). Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Wechselrichter (17) als Schalter (43, 47, 50) Halbleiterschalter, insbesondere schnelle Halbleiterschalter, wie Feldeffekttransistoren, bipolare Transistoren und/oder bipolare Transistoren mit isoliertem Gateanschluß (IGBTs) umfaßt.
  19. 19
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which auxiliary machines, such as air conditioners (29), servo-drives (30), pumps, are electrically operated at a high voltage level from the intermediate circuit. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel des machines auxiliaires telles que des installations de climatisation (22), des servomécanismes d'entraînement (30) et des pompes, sont entraînés électriquement à un niveau élevé de tension, à partir du circuit intermédiaire. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem aus dem Zwischenkreis Hilfsmaschinen, wie Klimamaschinen (29), Servoantriebe (30), Pumpen, elektrisch auf einem hohen Spannungsniveau angetrieben werden.
  20. 20
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the electric machine (4) also serves as a generator for heating purposes. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) sert également de générateur pour réaliser un chauffage. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Maschine (4) auch als Generator für Heizzwecke dient.
  21. 21
    A starter/generator according to one of the preceding claims, which is part of a drive system with an automatic start/stop control of the internal combustion engine (1). Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, qui fait partie d'un système d'entraînement comportant une unité de commande marche-arrêt automatique du moteur à combustion (1). Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher Teil eines Antriebssystems mit einer automatischen Start-Stop-Steuerung des Verbrennungsmotors (1) ist.
  22. 22
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the electric machine (4) can produce or sustain an acceleration and/or braking of the drive shaft, in particular, in order to accelerate or brake a vehicle and/or in order to reduce the slip of a drive wheel in the context of an anti-slip control system by braking the internal combustion engine and/or at least one drive wheel. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) peut exécuter ou assister une accélération et/ou un freinage de l'arbre moteur, notamment pour accélérer ou freiner un véhicule et/ou pour réduire le glissement d'une roue motrice, dans le cas d'une régulation d'antipatinage, par freinage du moteur à combustion et/ou au moins d'une roue motrice. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Maschine (4) ein Beschleunigen und/oder Abbremsen der Triebwelle herbeiführen oder unterstützen kann, insbesondere um ein Fahrzeug zu beschleunigen bzw. abzubremsen und/oder um im Rahmen einer Anti-Schlupf-Regelung durch Bremsen des Verbrennungsmotors und/oder wenigstens eines Antriebsrades den Schlupf eines Antriebsrades zu verringern.
  23. 23
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the electric machine (4) acts as an electromagnetic coupling in the drive train (2) and/or as an active transmission synchronization device or as a part thereof. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) agit en tant qu'embrayage électromagnétique dans la chaîne motrice (2) et/ou en tant que dispositif actif de synchronisation de la boîte de vitesses ou en tant que partie d'un tel dispositif. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Maschine (4) als elektromagnetische Kupplung im Antriebsstrang (2) und/oder als aktive Getriebe-Synchronisiereinrichtung oder als ein Teil hiervon wirkt.
  24. 24
    A starter/generator according to one of the preceding claims, in which the electric machine (4) also serves to reduce rotational non-uniformities by generating a quickly alternating opposite-phase torque. Démarreur/générateur selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la machine électrique (4) est utilisée en outre pour réduire des irrégularités de rotation, par le fait qu'elle produit un couple antagoniste, à alternance rapide. Starter/Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die elektrische Maschine (4) außerdem der Verringerung von Drehungleichförmigkeiten dient, indem sie ein schnell alternierendes gegenphasiges Drehmoment erzeugt.
Independent claims24