| WO/2011/030689 | ELECTRIC AUTOMOBILE |
HOEFGEN MICHAEL (DE)
HECKNER THOMAS (DE)
LEIBER THOMAS (DE)
HOEFGEN MICHAEL (DE)
HECKNER THOMAS (DE)
| US5865267A | 1999-02-02 | |||
| US6533054B1 | 2003-03-18 | |||
| US5253724A | 1993-10-19 | |||
| US3570620A | 1971-03-16 |
| P a t e n t a n s p r ü c h e Elektromotorisches Antriebssystem mit mindestens zwei Elektromotoren (1), wobei die Elektromotoren (1) über ein oder mehrere Getriebe eine Abtriebswelle (9) antreiben, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zwischen mindestens einem Elektromotor (1) und der Abtriebswelle (9) eine Kupplung (7) und/oder ein Freilauf (6) angeordnet ist. Elektromotorisches 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 , dass zwischen den Elektromotoren (1) und der Abtriebswelle (9) jeweils eine Kupplung (7) und/oder ein Freilauf (6) angeordnet ist. Elektromotorisches 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 , dass zwischen dem einen Elektromotor (1) und der Abtriebswelle (9) ein Freilauf und zwischen dem anderen Elektromotor (1) und der Abtriebswelle (9) eine Kupplung (7) angeordnet ist. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektromotoren (1) über Zahnräder, eine gemeinsame Kette oder einen gemeinsamen Riemen (11), insbesondere Zahnriemen, mit der Abtriebswelle (9) verbunden sind und diese antreiben. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kupplung schaltbar ist und/oder der Freilauf (6) in dem Zahnrad (4a, 4b) angeordnet ist, mit dem der jeweilige Elektromotor (1) mit der Abtriebswelle (9) bzw. dessen Zahnrad (5) direkt oder über eine Kette oder einen Riemen (11) verbunden ist. 6. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektromotoren (1) in einem gemeinsamen Gehäuse (2) angeordnet sind, an dem das Gehäuse (3) oder Gehäuseteil des Getriebes angrenzt. 7. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Getriebeeinheit in einem Gehäuse (3, 3a) untergebracht und gelagert ist und dieses Gehäuse (3, 3a) mit einem Gehäuseteil (2) verbunden ist, in dem die Motor/Elektronikeinheit angeordnet, insbesondere untergebracht, ist. 8. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die die Elektromotoren (1) mit der Abtriebswelle verbindenden Getriebe unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen. 9. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein erster Elektromotor (1) permanent als Antrieb der Abtriebswelle (9) dient und der andere zweite Elektromotor (1) zur Unterstützung oder bei Ausfall des ersten Elektromotors (1) die Abtriebswelle (9) mit antreibt. 10. Elektromotorisches Antriebssystem nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der zweite Elektromotor (1) unterstützend zum anderen ersten Elektromotor (1) die Abtriebswelle (9) mit antreibt, wenn das insbesondere als Fahrzeugantrieb ausgebildete Antriebssystem eine hohe Leistung bzw. ein hohes Drehmoment liefern muss, 11. Elektromotorisches Antriebssystem nach Anspruch 9 oder 10, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass alle Elektromotoren (1) drehmomentgeregelt werden, oder ein, insbesondere der erste, Elektromotor (1) drehzahlgeregelt und der andere, insbesondere der zweite, Elektromotor (1) drehmomentgeregelt wird. 12. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens ein Elektromotor (1) beim Bremsen als Generator fungiert, um elektrische Energie ins Bordnetz des Fahrzeugs einzuspeisen. |
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisches Antriebssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Batteriegetriebe elektrische Kleinfahrzeuge erfordern einen hohen Gesamtwirkungsgrad, um eine möglichst hohe Reichweite zu erzielen.
Bekannt sind elektrische Radnabenmotoren bei Fahrrädern oder Elektrorollern. Die Radnabenmotoren erhöhen die ungefederte Masse und sind daher bei E- lektrorollern oft unerwünscht. Daher werden zunehmend Zentralmotoren mit einer Riemen- oder Ketten Übersetzung auf das Hinterrad eingesetzt, die bedarfsweise mit einem Planetengetriebe bzw. Schneckengetriebe kombiniert werden. Ebenfalls bekannt sind Getriebemotoren mit Innenläufermotoren und innenliegenden Getrieben als Hinterradantrieb.
Um den Wirkungsgrad bzw. das Beschleunigungsverhalten zu steigern, werden Elektromotoren mit schaltbaren Getrieben bzw. stufenlosen CVT-Getrieben (z.B. NuVinci, Variomatic) kombiniert. Diese sind in der Regel teuer und beinhalten eine unerwünschte mechanische Komplexität. Eine Vielzahl der Antriebe haben ein Sicherheitsrisiko, dass bei blockiertem Motor (z.B. durch Kurzschluss) ein Rad blockiert. Daher sind oft aufwändige Sicherheitsschaltungen in der Elektronik erforderlich.
Aufgabe und Ausführung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Gestaltung eines Antriebssystem mit hohem Wirkungsgrad bei gleichzeitig hoher Sicherheit und Verfügbarkeit.
Gleichzeitig soll mit dem Antrieb das Beschleunigungsverhalten deutlich gesteigert werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird mit einem Doppel-Elektromotor gelöst, der aus zwei Elektromotoren mit separater Ansteuerung besteht, wobei beide Elektromotoren in ein Gehäuse integriert sind. Über die Ansteuerelektronik kann wahlweise ein oder beide Motoren betrieben werden, wobei optional eine Kommunikation zwischen beiden Motoren vorgesehen sein kann.
Beide Motoren weisen jeweils ein Abtriebsritzel auf, dass jeweils mittels eines Riemens oder einer Kette mit einem Abtriebsritzel und einer Abtriebswelle verbunden sind. Verschiedene Verbindungen zwischen Motor und Riemen sind möglich :
• Variante 1 : Feste Verbindung zwischen Motoren und Ritzel mit einem Freilauf in der Abtriebswelle;
• Variante 2: Ein Motor ist fest verbunden, während zwischen dem zweiten Motor und dem Ritzel ein Freilauf angeordnet ist;
• Variante 3 : Beide Motoren besitzen jeweils einen Freilauf zwischen Motor und Ritzel;
« Variante 4; Ein Motor ist über einen Freilauf und der zweite Motor über eine schaltbare Kupplung mit dem Ritzel verbunden.
Insbesondere die Varianten 3 und 4 sind vorteilhaft für Fahrzeuge, insbesondere Kleinfahrzeuge, einsetzbar. Dadurch, dass in Variante 3 zwei Freiläufe vorgesehen sind, können wahlweise einer oder zwei Motoren betrieben werden. Zudem besteht eine Redundanz bei Ausfall eines Elektromotors. Sind beide Motoren in Betrieb, werden die Motoren drehmomentgeregelt bzw. ein Motor drehzahlgeregelt und der andere Motor drehmomentgeregt.
Vorteilhaft können bei den vorbeschriebenen Varianten die Übersetzungen der Motoren zum Abtriebsritzel unterschiedlich ausgebildet sein. Damit kann bei geringeren Drehzahlen ein höheres Drehmoment erreicht werden und bei höheren Geschwindigkeiten nur noch ein Motor betrieben werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn damit Fahrzeuge, wie z.B. Golfwagen, Gabelstapler, etc., angetrieben werden, die bei niedrigen Geschwindigkeiten ein hohes Moment erfordern, jedoch bei hohen Geschwindigkeiten nicht die Leistung von zwei Motoren benötigen.
Die Variante 4 weist den Vorteil auf, dass ein Motor permanent betrieben und auch für Rekuperation von kinetischer Energie eingesetzt werden kann. Bei einem Motorausfall kann der Motor über die Kupplung von der Abtriebswelle getrennt werden und erzeugt somit kein Schleppmoment bei Motorausfall bzw. gefährdet nicht die Sicherheit bei Ausfall. In dieser Variante bildet der Motor mit Kupplung den Hauptantrieb, wobei der Motor mit Freilauf bei benötigter höherer erforderlicher Leistung bzw. Drehmoment zugeschaltet wird.
Der erfindungsgemäße Antrieb hat folgende Vorteile gegenüber einem größeren Motor mit hohem Drehmoment und Leistung und einer Ansteuerelektronik:
- kompakte Bauweise (ein Gehäuse);
- Möglichkeit der Wirkungsgradoptimierung insbesondere bei Teillastbetrieb sowie bei Beschleunigung und Betrieb bei hohen Moment (Betrieb von einem oder zwei Motoren, Lastverteilung zwischen Motoren in Hinblick auf maximalen Wirkungsgrad, kein Schleppmoment Motor bei Motorausschalten);
- Redundanz bei Motorausfall, Fortsetzung des Fahrbetriebes möglich;
- Kein Blockieren der Räder auch bei Ausfall von zwei Motoren; - Wegfall von Sicherheitsschaltungen in der Ansteuerelektronik, z.B.
Sternpunktfreischaltung;
- Nahezu geräuschloser Betrieb;
- Einfache kostengünstige Übersetzung über Riemen oder Kette;
- Übersetzung mit hohem Wirkungsgrad;
- Hohe Radialkräfte auf Abtriebswelle;
- Hohe Lebensdauer;
- Höhere Kosten von zwei Elektroniken werden dadurch kompensiert, dass durch die Wirkungsgradoptimierung Ströme und somit Siliziumfläche reduziert werden kann bzw. bei Ausfall nur eine Elektronik getauscht werden muss.
Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen verschiedene mögliche Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 : Schematischer Aufbau der Antriebseinheit; Fig. 2: konstruktives Ausführungsbeispiel;
In Fig. l ist der Antrieb schematisch dargestellt. In einem ersten Gehäuseteil 2 sind die beiden Motoren 1 eingesetzt, in einem zweiten Gehäuseteil 3 ist das Riemen- bzw. Kettengetriebe untergebracht. Die Motoren sind mit ihrem Antriebsritzeln 4a, 4b, die mit den Wellen 8a und 8b verbunden sind, entweder fest oder über eine Kupplung 7 verbunden. In dem Antriebsritzel 4a ist ein Freilauf 6 integriert. Alternativ können in beiden Antriebsritzeln 4a und 4b entsprechende Freiläufe 6 integriert sein, wobei die Kupplung dann wegfällt. Die Antriebsritzel 4a, 4b können unterschiedliche Durchmesser besitzen, wodurch unterschiedli- che Übersetzungen realisiert werden. Beide Motorritzel 4a, 4b sind mit dem Abtriebsritzel 5, welches drehfest auf der Abtriebswelle 9 angeordnet ist, über nicht dargestellte Kette oder einen in Figur 2 dargestellten Riemen verbunden.
In Fig. 2 ist der konstruktive Gesamtaufbau in Explosionsdarstellung dargestellt. Die Motoren 1 sind im Gehäuse 2 befestigt, wobei die Motoren 1 im Gehäuse 2 versenkt sind und die Ansteuerelektronik la mit dem Gehäuse abschließt und somit zugänglich und austauschbar ist. Zwischen Motoren 1 und Getriebe ist ein Trenndeckel 3a angeordnet, der zur Trennung des Getriebes vom Motor dient. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein Kettengetriebe mit erforderlicher Schmierung eingesetzt wird. Das Getriebegehäuse 3 ist durch einen zweiten Deckel 3 abgeschlossen, welcher eine Öffnung 3b für die Abtriebswelle 9 aufweist. Die Antriebsritzel 4a und 4b sowie das Abtriebsritzel 5 sind in den Gehäuseteilen 3a und 3 mittels der Lager 10a und 10b gelagert. Über einen Riemen 11 sind die Ritzel 4a, 4b und 5 miteinander verbunden.
Alternativ zum dargestellten Riemen 11 kann auch eine Kette eingesetzt werden. In den Antriebsritzeln 4a, 4b sind die Freiläufe 6 entsprechend der oben beschriebenen Variante 3 integriert.
Der dargestellte Antrieb kann dahingehend erweitert werden, dass ein Freilauf 6 durch eine nicht dargestellte Kupplung ersetzt wird. Ebenfalls nicht dargestellt ist ein Riemen bzw. Kettenspanner.