GOTI ATXA, Angel (Parque Tecnologico, Edif. 202, ZAMUDIO, E-48170, ES)
MARTÍN SANDI, Adrián (Parque Tecnologico, Edif. 202, ZAMUDIO, E-48170, ES)
PEÑA RODRÍGUEZ, Alberto (Parque Tecnologico, Edif. 202, ZAMUDIO, E-48170, ES)
IGLESIAS AGUINAGA, José, Ignacio (Parque Tecnologico, Edif. 202, ZAMUDIO, E-48170, ES)
GOTI ATXA, Angel (Parque Tecnologico, Edif. 202, ZAMUDIO, E-48170, ES)
MARTÍN SANDI, Adrián (Parque Tecnologico, Edif. 202, ZAMUDIO, E-48170, ES)
PEÑA RODRÍGUEZ, Alberto (Parque Tecnologico, Edif. 202, ZAMUDIO, E-48170, ES)
| REIVINDICACIONES 1. Sistema de tracción para un vehículo eléctrico de accionamiento directo que comprende un motor eléctrico derecho (3a) con un primer eje de potencia derecho (2a) conectado directamente a una rueda tractora derecha (1 a) y un motor eléctrico izquierdo (3b) con un primer eje de potencia izquierdo (2b) conectado directamente a una rueda tractora izquierda (1 b), un circuito de control de tracción (7) que comprende medios sensores (7a, 7b) y que transmite potencia adicional a una rueda tractora (1 a, 1 b) cuando los medios sensores (7a, 7b) detectan una pérdida de tracción de otra rueda tractora (1 a, 1 b), medios de sobreexcitación (1 1 a, 1 1 b) para sobreexcitar individualmente e incrementalmente cada motor eléctrico (3a, 3b) durante un tiempo de sobreexcitación y con una potencia de sobrexcitación y ai menos una fuente de alimentación (8) que alimenta los motores eléctricos (3a, 3b), caracterizado porque el circuito de control de tracción comprende un dispositivo de acoplamiento (5) conectado a sendos segundos ejes de potencia (4a, 4b) de los motores eléctricos (3a, 3b) y susceptible de realizar una transmisión de par variable desde un grado de acoplamiento nulo hasta a un grado acoplamiento total entre los motores eléctricos (3a, 3b); una lógica de gestión (6) que activa y regula el grado de acoplamiento del dispositivo de acoplamiento (5) entre los motores eléctricos (3a, 3b) en función del grado de pérdida de tracción de al menos una rueda tractora (1 a, 1 b), detectada por al menos uno de los medios sensores (7a, 7b), y en función de si el tiempo de sobreexcitación de cada uno de los motores eléctricos (3a, 3b) supera un valor umbral. 2. Sistema de tracción, según la reivindicación 1 , caracterizado porque el circuito de control de tracción (7) comprende medios comparadores (9) para comparar el grado de pérdida de tracción de cada rueda tractora (1 a, 1 b) y determinar continuamente cuál de los motores eléctricos (3a, 3b) está conectado a una rueda con mayor pérdida de tracción y cuál de los motores eléctricos (3a, 3b) está conectado a una rueda tractora (3a, 3b) con menor pérdida de tracción; medios controladores de potencia (10a, 10b) para derivar, a través de los medios de sobreexcitación (1 1 a, 1 1 b), potencia eléctrica de la fuente de alimentación (8), desde el motor eléctrico (3a, 3b) conectado a la rueda tractora (1 a, 1 b) con mayor grado de pérdida de tracción hacia el motor eléctrico (3a, 3b) conectado a la rueda tractora (1 a, 1 b) con menor grado de pérdida de tracción cuando la pérdida de tracción supera un umbral de pérdida de tracción; medios detectores (12a, 12b) para detectar individualmente si el tiempo de sobreexcitación total a una potencia de sobreexcitación real de cada motor eléctrico (3a, 3b) supera un umbral de tiempo máximo admitido de sobreexcitación continuada del motor eléctrico (3a, 3b); medios activadores (13) para parar los medios de sobreexcitación (1 1 a, 1 1 b) y activar dicha lógica de gestión (6) si el tiempo de sobreexcitación real de uno de los motores eléctricos (3a, 3b) supera un umbral de tiempo máximo admitido del motor eléctrico (3a, 3b) sobrexcitado de tal forma que los medios activadores (12) mantienen activo el dispositivo de acoplamiento (5) hasta que la pérdida de tracción vuelva a estar debajo del umbral de pérdida de tracción. 3. Sistema de tracción, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el dispositivo de acoplamiento (5) comprende un embrague de corrientes Eddy. 4. Sistema de tracción, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el dispositivo de acoplamiento comprende un embrague de histéresis. 5. Sistema de tracción, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el dispositivo de acoplamiento (5) comprende un embrague de partículas magnéticas. 6. Sistema de tracción, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los motores eléctricos (3a, 3b) están anclados en el chasis (18) del vehículo (19); cada uno de los primeros ejes de potencia (2a, 2b) está conectado a una de las ruedas tractoras (1 a, 1 b) a través de sendos palieres de acoplamiento (14a, 14b); el dispositivo de acoplamiento (5) está montado entre los dos motores eléctricos (3a, 3b) y conectado a los respectivos segundos ejes de potencia (4a, 4b). 7. Sistema de tracción, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cada uno de los motores eléctricos (3a, 3b) está anclado en un hueco (15a, 15b) de una llanta (16a, 16b) de una rueda tractora (1 a, 1 b); cada uno de los primeros ejes de potencia (2a, 2b) está directamente conectado a una de las ruedas tractoras (1 a, 1 b); el dispositivo de acoplamiento (5) está montado entre los dos motores eléctricos (3a, 3b) en el chasis (18) del vehículo (19) y conectado a los respectivos segundos ejes de potencia a (4a, 4b) través de sendos ejes de acoplamiento (17a, 17b). 8. Vehículo de propulsión con motores eléctricos, caracterizado porque comprende un sistema de tracción según una de las reivindicaciones 1 a 7. |
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se encuadra en el campo técnico de la industria de la automoción, y más concretamente en los sistemas de propulsión puramente eléctricos de vehículos tanto automóviles como industriales, particularmente vehículos industriales pequeños, provistos de sistemas de accionamiento directo en los que las ruedas tractoras del vehículo están conectadas directamente a sendos motores eléctricos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Dentro de las tecnologías de propulsión disponibles y de uso en aplicaciones de tracción dentro del campo de automoción, la tracción eléctrica presenta unas características muy atractivas de cara a poder llegar a ser la tecnología de uso mayoritario en los próximos años.
Los vehículos de propulsión eléctrica tienen grandes ventajas sobre los de combustión interna y una de las principales es la altísima eficiencia con las que trabajan las maquinas eléctricas que puede superar el 95%, mientras que los dos tipos de motores mayoritariamente usados en la actualidad, el motor de ciclo Otto y el motor diesel, no superan el 25-30% de eficiencia en el caso del Otto, y el 30-45% en el caso del diesel, teniendo en cuenta que los motores diesel son motores con altas eficiencias entre los de combustión interna usados en aplicaciones vehiculares.
A medida que se introducen elementos mecánicos en el sistema de propulsión, como diferenciales, juntas homocinéticas y estadios de reducción, la eficiencia global del sistema de propulsión disminuye, y a su vez aumenta el peso del vehículo, lo repercute en unos peores consumos energéticos. Por lo tanto, de entre todas las arquitecturas de vehículos eléctricos existentes, las que prescinden de elementos mecánicos que introduzcan pérdidas, como elementos de modificación del par, velocidad, ángulo de ataque, etc. entre la salida de fuerza del motor y la rueda son los más apropiados en términos de eficiencia energética, afectando directamente a la mejora de la eficiencia global del sistema de propulsión.
Actualmente, siguiendo este concepto de reducir al máximo los elementos mecánicos entre la salida del motor eléctrico y la rueda, existen básicamente dos tipos de configuraciones que se utilizan a la hora de diseñar un sistema de propulsión puramente eléctrico; la configuración de accionamiento directo ("direct drive") y la de motor en rueda ("motor in wheel"), que se puede considerar como un tipo particular de la configuración de accionamiento directo.
El concepto de accionamiento directo se basa en la transmisión del par del motor eléctrico a la rueda tractora mediante una conexión mecánica directa (embridado y palier), sin ningún otro tipo de transformación del movimiento. Mediante el accionamiento directo se consigue reducir las pérdidas asociadas a diferenciales y estadios de reducción (por lo tanto se plantea como una solución de alta eficiencia mecánica), simplificando a su vez el sistema. Otra de las ventajas es que los motores de accionamiento directo van anclados al chasis y por lo tanto forman parte de la masa suspendida del vehículo (la correspondiente a la proporción de la masa total que es soportada por la suspensión), reduciendo la masa no suspendida (que incluye la totalidad o una parte de la masa de componentes como las ruedas, manguetas, rodamientos, brazos de suspensión, etc.), y mejorando por lo tanto el comportamiento dinámico de la suspensión.
El sistema de propulsión motor en rueda es una solución consistente en llevar el accionamiento directo a su última expresión, conectando directamente el motor eléctrico a la rueda sin elementos mecánicos intermedios, quedando integrado por lo tanto el motor dentro del hueco que existe en la llanta. Esta disposición obtiene una eficiencia mecánica global ligeramente mayor que el accionamiento directo (este aumento es debido a la eliminación de las pérdidas en el palier y juntas homocinéticas), aunque a nivel de comportamiento dinámico el sistema motor en rueda presenta varios inconvenientes que se detallan a continuación:
- Aumento de peso de la masa no suspendida, que puede ser muy alta en algunos casos si se quieren alcanzar potencias elevadas, comprometiendo el buen comportamiento de la suspensión que está directamente ligado al peso de la masa no suspendida, mejorando este comportamiento cuando la masa no suspendida se reduce.
- Los sistemas motor en rueda están mucho más expuestos a las condiciones adversas, como suciedad, agentes oxidantes y/o corrosivos, etc., así como a vibraciones mucho mayores que una disposición de accionamiento directo convencional.
Los sistemas de tracción eléctrica usados en la actualidad basados en ambas disposiciones (accionamiento directo y motor en rueda), presentan soluciones en las que las dos ruedas tractoras del mismo eje no tienen ningún tipo de unión mecánica que permita el acoplamiento regulado de sus movimientos. Esto provoca que cuando una de las ruedas pierde adherencia, la potencia disponible en el motor eléctrico que acciona esa rueda no puede ser utilizada para mover el vehículo, con lo que el rendimiento dinámico del vehículo disminuye al no poder utilizar la potencia total de los dos motores eléctricos del sistema. Este problema puede ser particularmente importante en vehículos de potencia total reducida, y en los que en determinadas situaciones de baja o diferente adherencia entre ruedas de un mismo eje, sería conveniente poder transmitir al suelo toda la potencia disponible en el sistema para mantener unas mínimas prestaciones dinámicas del vehículo. Tendría también aplicación para posibilitar el aprovechamiento máximo del frenado regenerativo que disponen los vehículos con sistemas de propulsión eléctrica.
Actualmente este problema tiene una solución relativamente sencilla basada en las características de los motores eléctricos, que permiten funcionamientos por encima del régimen nominal durante un periodo relativamente alto (dependiendo del tipo de motor), y ofreciendo en algunos casos de motores orientados al sector de automoción, potencias superiores en un 45-50% al nominal durante periodos que pueden oscilar entre los 60-90 segundos. Esta característica permite resolver el problema anteriormente citado de falta de potencia final en una de las ruedas, simplemente llevando el motor correspondiente a esa rueda a un modo de funcionamiento sobreexcitado, consiguiendo una potencia extra durante periodos cortos de tiempo. La desventaja de esta solución es que si el vehículo circula por terrenos muy deslizantes, será necesario el uso de los motores en estos modos sobreexcitados durante largos periodos de tiempo, con lo que los motores acabaran siendo dañados, al estar diseñados para funcionar en estos modos sobreexcitados solamente durante cortos periodos de tiempo.
La solicitud de patente alemana DE-A-4434237 describe un eje de un vehículo con sendos motores eléctricos individualmente conectados a las ruedas tractoras a través de sus respectivos engranajes. Mediante un sensor se registran los movimientos de la dirección, y las cargas de los motores individuales se miden para asegurar una distribución óptima a través de medios de control de acoplamiento, que controla un embrague que permite interconectar los motores. No obstante, este sistema no se basa en el accionamiento directo de las ruedas motrices y, por tanto, adolece de las desventajas ya anteriormente comentadas al introducir elementos mecánicos en el sistema de propulsión, como diferenciales, juntas homocinéticas y estadios de reducción, la eficiencia global del sistema de propulsión disminuye, y a su vez aumenta el peso del vehículo, lo que repercute en unos peores consumos energéticos. La solicitud de patente PCT WO 2004/035342 describe un vehículo con transmisiones individuales a las ruedas tractoras en las que unos motores eléctricos están dispuestos radialmente hacia fuera de las ruedas tractoras y conectados a los mismos. Las ruedas tractoras pueden conectarse o desconectarse a través de un embrague. Esta patente no presenta una disposición de accionamiento directo de las ruedas motrices y, por tanto, adolece de las desventajas ya anteriormente comentadas al introducir elementos mecánicos en el sistema de propulsión, como diferenciales, juntas homocinéticas y estadios de reducción, la eficiencia global del sistema de propulsión disminuye, y a su vez aumenta el peso del vehículo, lo repercute en unos peores consumos energéticos. La patente US-3799284 se refiere a un sistema de propulsión que incluye dos motores eléctricos que pueden actuar de manera independiente o conjunta, dependiendo de la situación de un diferencial que los une. Esta patente no presenta una disposición de accionamiento directo de las ruedas motrices por lo que presenta los problemas ya mencionados. Además la unión mecánica entre los dos motores mediante un diferencial es poco flexible en cuanto a grado de acoplamiento.
La patente US-2005067199 describe un dispositivo de propulsión que comprende dos motores eléctricos y un embrague. Los motores presentan un eje de salida que va directamente al embrague lo que permite usar alternativamente uno de los motores dependiendo de las condiciones de circulación. No se trata de motores de accionamiento directo a las ruedas.
La patente alemana DE-102005026874 describe un sistema de propulsión para vehículos todo terreno que incorpora en un eje tractor dos motores eléctricos y tres embragues, lo que aumenta su complejidad, aumenta el desgaste y hace que la lógica de control resulte también compleja.
La patente alemana DE-102006028790 se refiere aun mecanismo de distribución de par de uso permanente, con lo que las perdidas del sistema por el acoplamiento son continuas.
La patente ES-2027099 se refiere a un diferencial electrónico para vehículos eléctricos con un acoplamiento total en caso de emergencia, convirtiéndolo en un eje rígido con la consecuente peligrosidad y reducción en la maniobrabilidad.
La patente estadounidense US-5453930 describe un sistema propulsor para ruedas de vehículos eléctricos con al menos dos motores eléctricos conectados a las ruedas independientemente uno de otro. Cada uno de los motores inherentemente presenta características de par distintas con respecto a la velocidad de giro y al par máximo, y un dispositivo de control que responde a las condiciones de marcha y a las características de los motor par de los motores del vehículo en un modo de menor consumo en el que al menos uno de los motores es propulsado en un rango de alta eficiencia para asegurar la posibilidad de recorrer un larga instancia por cada carga de batería. EL sistema motor en rueda descrito en esta patente presenta el problema ya anteriormente descrito, es decir, cuando una de las ruedas pierde adherencia, la potencia disponible en el motor eléctrico que acciona esa rueda no puede ser utilizada para mover el vehículo, con lo que el rendimiento dinámico del vehículo disminuye al no poder utilizar la potencia total de los dos motores eléctricos del sistema.
La solicitud de patente estadounidense US 2005/252701 describe un sistema propulsor para un vehículo eléctrico que permite seleccionar las ruedas tractoras de acuerdo con las circunstancias en carretera. Cada rueda tiene su propio motor capaz de funcionar como propulsor o freno regenerativo, según sea seleccionado para propulsar o frenar de acuerdo con las circunstancias de marcha del vehículo. EL sistema motor en rueda descrito en esta patente también presenta el problema ya anteriormente descrito, es decir, cuando una de las ruedas pierde adherencia, la potencia disponible en el motor eléctrico que acciona esa rueda no puede ser utilizada para mover el vehículo, con lo que el rendimiento dinámico del vehículo disminuye al no poder utilizar la potencia total de los dos motores eléctricos del sistema.
La solicitud de patente japonesa JP-A-2008207739 describe un vehículo eléctrico con motores eléctricos ligeros conectados a sendos bujes de las ruedas tractoras, provisto de, entre otros elementos, sendos dispositivos de ajuste de potencia interiores conectados a los motores eléctricos, así como embragues de los dispositivos que se accionan para poder conectar la rueda tractora derecha al motor en rueda izquierdo. En el sistema de accionamiento de tipo motor en rueda descrito en este documento se emplean dos embragues por motor dispuestos dentro del motor, lo que resulta en un sistema complejo en lo se refiere al sistema como tal y en cuanto a su fabricación, de coste elevado, a la vez que el uso de la pluralidad de embragues implica muchas pérdidas en forma de disipación de energía y, por lo tanto, una reducción en la eficiencia.
La patente ES-2289726T3 describe un vehículo con tracción a todas las ruedas que incluye al menos dos ejes y un dispositivo de accionamiento eléctrico o hidráulico que presenta varios motores eléctricos o hidráulicos asociados cada uno de ellos a una de las ruedas motrices y que accionan ésta a través de un engranaje. Los motores de un eje pueden acoplarse entre si mediante dispositivos de bloqueo transversal conmutables y al menos un motor de un lado del vehículo puede acoplarse, a través de un dispositivo de bloqueo longitudinal conmutable con un motor asociados a uno de los otros ejes. Este sistema no permite un aprovechamiento óptimo del sistema.
Ninguno de estos documentos describe un sistema de accionamiento directo (o motor en rueda que sería también una disposición similar al no disponer del mismo modo que el accionamiento directo, de estadios de reducción, diferenciales, juntas homocinéticas, etc.), en el que la potencia del motor eléctrico conectado a una rueda con pérdida de tracción pueda ser aprovechada de forma variable entre un 0 y un 100% para propulsar la rueda que no ha sufrido, o que ha sufrido menos pérdida de tracción.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por objeto superar ios inconvenientes del estado de la técnica más arriba detallados, mediante un sistema de tracción para un vehículo eléctrico de accionamiento directo que comprende un motor eléctrico derecho con un primer eje de potencia derecho conectado directamente a una rueda tractora derecha y un motor eléctrico con un primer eje de potencia izquierdo conectado directamente a una rueda tractora izquierda, un circuito de control de tracción que comprende medios sensores y que transmite potencia adicional a una rueda tractora cuando los medios sensores detectan una pérdida de tracción de otra rueda tractora, medios de sobreexcitación para sobreexcitar individualmente e incrementalmente cada motor eléctrico durante un tiempo de sobreexcitación y con una potencia de sobrexcitación, y ai menos una fuente de alimentación que alimenta ios motores eléctricos, en el que el circuito de control de tracción comprende un dispositivo de acoplamiento conectado a sendos segundos ejes de potencia de los motores eléctricos y susceptible de realizar una transmisión de par variable desde un grado de acoplamiento nulo hasta a un grado acoplamiento total entre los motores eléctricos, así como una lógica de gestión que activa y regula el grado de acoplamiento del dispositivo de acoplamiento entre los motores eléctricos en función del grado de pérdida de tracción de al menos una rueda tractora, detectada por los medios sensores y en función de si el tiempo de sobreexcitación de cada uno de los motores eléctricos supera un valor umbral de manera que debajo de este valor umbral no se producirá la activación del dispositivo de acoplamiento si se puede solucionar la pérdida de tracción por sobreexcitación del motor.
Se puede observar, que la presente invención permite contar con un sistema de propulsión eléctrica compuesto por dos motores en disposición de accionamiento directo o motor en rueda, con un acoplamiento mecánico conectable que permite el paso de par de un motor a otro cuando se detecta baja adherencia, es decir, una pérdida de tracción en una de las ruedas, que variara su transmisión de par desde un acoplamiento nulo (par transmitido 0% entre los dos motores) a un acoplamiento total (par transmitido 100% entre los dos motores), con las infinitas posibilidades intermedias disponibles. De esta forma, la lógica de gestión permite un grado de acoplamiento variable entre ambos motores eléctricos, dependiente de la adherencia disponible en cada rueda, y del tiempo que dure la situación de deslizamiento.,
En una realización preferente de la invención, el circuito de control de tracción comprende además medios comparadores para comparar el grado de pérdida de tracción de cada rueda y determinar continuamente cuál de los motores eléctricos está conectado a una rueda con mayor pérdida de tracción y cuál de los motores está conectado a una rueda con menor pérdida de tracción; medios de sobreexcitación para sobreexcitar individualmente e incrementalmente cada motor eléctrico durante un tiempo de sobreexcitación y con una potencia de sobrexcitación; medios controladores de potencia para derivar, a través de los medios de sobreexcitación, potencia eléctrica de la fuente de alimentación, desde el motor eléctrico conectado a la rueda con mayor grado de pérdida de tracción hacia el motor eléctrico conectado a la rueda con menor grado de pérdida de tracción cuando la pérdida de tracción supera un umbral de pérdida de tracción; medios detectores para detectar individualmente si el tiempo de sobreexcitación total a una potencia de sobreexcitación real de cada motor eléctrico supera un umbral de tiempo máximo admitido de sobreexcitación continuada del motor eléctrico; así como medios activadores para parar los medios de sobreexcitación y activar dicha lógica de gestión si el tiempo de sobreexcitación real supera un umbral de tiempo máximo admitido de motor eléctrico sobrexcitado de tal forma que los medios activadores mantienen activo el dispositivo mecánico de acoplamiento hasta que la pérdida de tracción vuelva a estar debajo del umbral de pérdida de tracción.
En esta realización preferente, la lógica de gestión permite, además de un grado de acoplamiento variable entre ambos motores eléctricos, dependiente de la adherencia disponible en cada rueda, controlar el tiempo que dure la situación de deslizamiento dependiendo de las características del motor (potencia pico y tiempo que el motor eléctrico puede mantener esa potencia sin dañarse), para así evitar daños en los motores eléctricos. Así, si el tiempo total de deslizamiento continuado es menor que el tiempo máximo que el motor puede estar continuamente sobreexcitado, se seguirá sobreexcitando el motor con tracción incrementalmente, pero cuando el tiempo total de deslizamiento continuado sea mayor que el tiempo máximo de sobreexcitación continuada del motor, se comenzará a activar el dispositivo mecánico de acoplamiento incrementalmente hasta que el deslizamiento desaparezca. Por lo tanto, en esta realización preferente se plantea tanto la utilización de la sobreexcitación del motor fuera de sus rangos nominales, como el uso del sistema de acoplamiento mecánico para poder resolver el problema de falta de tracción pasando par de un motor a otro. Dependiendo de las características de la aplicación, y de la situación de deslizamiento concreta se pueden plantear varios escenarios en los que esta solución podrá lograr un buen compromiso (alta eficiencia, alta fiabilidad).
En una primera aplicación, como la que puede ser por ejemplo el caso de un vehículo agrícola o el de un vehículo todoterreno que se desplaza por terrenos deslizantes, el sistema de propulsión eléctrico mantiene periodos de deslizamiento, es decir periodos de pérdida de tracción de una o ambas ruedas tractoras, altos y continuados. En este caso el sistema se diseñaría en su totalidad o para comprender un modo de funcionamiento, que posibilitara al máximo el uso de los motores en modo sobreexcitado, en el que la eficiencia global del sistema será máxima al evitar las pérdidas del acoplamiento. Cuando el sistema sobrepasara el tiempo máximo continuado de sobreexcitación de los motores, entraría en funcionamiento el acoplamiento, bajando la solicitación de los motores, que volverían a entrar en modo sobreexcitado cuando las condiciones de funcionamiento lo permitieran. En esta aplicación se optimizaría la eficiencia, usando la sobreexcitación el mayor tiempo posible, y utilizando el acoplamiento cuando fuera necesario y los motores eléctricos pudieran dañarse.
Una segunda aplicación se da en sistemas en los que los motores no permiten una sobreexcitación demasiado elevada (<20-25%), con lo que el sistema se puede diseñar teniendo en cuenta esta baja sobreexcitación y con un uso más continuado del acoplamiento. En estos casos y dependiendo de la aplicación (aplicaciones con baja probabilidad de adherencia baja por ejemplo), la eficiencia global podría seguir siendo alta, y se podría diseñar el sistema de tracción completo con unos requisitos de potencia total mínima muy optimizados (y con motores con una sobreexcitación permisible baja y funcionamiento en nominal básicamente), al tener esta opción de poder disponer de todo el par del sistema en una sola rueda bloqueando el acoplamiento al 100%.
Convenientemente, el dispositivo de acoplamiento está diseñado de tal forma que permita un grado de deslizamiento variable (transmisión de par variable entre un 0-100% entre ejes de motores eléctricos), y con un desgaste nulo o despreciable, y una disipación de energía baja, para obtener una alta eficiencia del conjunto. Así, el dispositivo de acoplamiento debe ser un tipo de embrague diseñado buscando estos tres requisitos que permitirán un uso continuado sin desgaste apreciable, un rango de transmisión de par variable y una alta eficiencia al no ofrecer unas pérdidas de energía significantes, que pudieran reducir la buena eficiencia de los motores eléctricos, y bajar la eficiencia global que es uno de los puntos fuertes de la solución propuesta.
Existen actualmente sistemas de acoplamiento que cumplen con estos tres requisitos indispensables, transmisión de par variable, desgaste despreciable, y alta eficiencia. Una solución técnica son los embragues de corrientes de Eddy o de histéresis (ambos sin fricción), que permiten grados de deslizamiento infinitos, con desgaste inapreciable pero con disipación de energía (buena opción cuando el uso del acoplamiento no vaya a ser ocasional en la aplicación concreta). Otro tipo de acoplamiento son los embragues de partículas magnéticas, que ofrecen respuestas rápidas, control preciso del par, muy buena duración, pero existe fricción y por lo tanto perdida energética que se podría reducir dependiendo de la aplicación final. Es necesaria una corriente eléctrica para excitarlos, pero el consumo eléctrico es bajo en comparación con la potencia requerida en un vehículo eléctrico, con lo que el rendimiento global no bajaría apreciablemente. También es posible emplear embragues de fluido magnetoreológico o magnéticos que implican un gasto de energía que suele ser bajo y que de la misma forma que los de partículas magnéticas no disminuiría el rendimiento global del sistema notablemente dependiendo de la aplicación.
En una realización de la invención, el sistema de tracción según la presente invención es de tipo accionamiento directo en el que los motores eléctricos están anclados en el chasis del vehículo y cada uno de los primeros ejes de potencia está conectado a una de las ruedas tractoras a través de sendos palieres de acoplamiento, de tal forma que el dispositivo de acoplamiento está montado entre los dos motores eléctricos y conectado a los respectivos segundos ejes de potencia. En otra realización, el sistema de tracción según la invención es de tipo motor en rueda en el que cada uno de los motores eléctricos está anclado en un hueco de una llanta de una rueda tractora y cada uno de los primeros ejes de potencia está directamente conectado a una de las ruedas tractoras, de manera que el dispositivo de acoplamiento está montado entre los dos motores eléctricos en el chasis del vehículo y conectado a los respectivos segundos ejes de potencia a través de un eje de acoplamiento.
Asimismo, la presente invención se refiere a un vehículo de propulsión con motores eléctricos, que comprende el sistema de tracción anteriormente descrito.
La presente invención presenta diferentes ventajas frente a la solución tradicional de sobreexcitar los motores eléctricos para llevarlos a modos en los que puedan ofrecer un incremento de potencia (potencia pico) significante sobre la nominal, para resolver el problema de falta de potencia en una de las ruedas cuando la otra esta deslizando. A la vista de que los motores eléctricos no pueden trabajar en rangos sobreexcitados durante largos periodos de tiempo, y además su dimensionamiento y su complejidad aumenta si se quieren llevar a estos modos sobreexcitados y conseguir una potencia pico significante, la presente invención permite dimensionar el sistema de propulsión eléctrico de forma óptima, de modo que sin necesidad de diseñar el conjunto motriz con motores eléctricos que dispongan de valores de potencia pico muy altas durante largos periodos de tiempo, mediante el uso de una conexión mecánica de los dos motores el vehículo podrá mantener sus cualidades dinámicas, resolviendo el problema del deslizamiento de una de las ruedas tractoras, pasando la potencia no usada en ese momento en la rueda que desliza a la que tiene una buena tracción mediante el sistema de acoplamiento regulable (embrague). Por lo tanto, mediante el uso de dos elementos del sistema con unas características concretas se consigue una alta eficiencia del conjunto, y unas posibilidades dinámicas mejoradas, además de la posibilidad de dimensionar el sistema de forma óptima al aprovechar al máximo, tanto las características propias de los motores eléctricos (potencia nominal y potencia pico altas), como la potencia total del conjunto al poder acoplar mecánicamente los dos motores.
De acuerdo con lo que se desprende de lo anterior, la presente invención resuelve los inconvenientes de los sistemas de tracción del estado de la técnica anterior, permitiendo no usar o usar este modo sobreexcitado de alta potencia durante cortos periodos de tiempo, pasando a conectar mecánicamente los dos motores cuando los requerimientos de potencia son durante periodos más largos de tiempo, en los que los motores eléctricos pudieran resultar dañados, además de permitir diseñar el conjunto de propulsión eléctrico teniendo en mente un dimensionamiento (par, potencia) de los motores eléctricos mucho más conservador, ya que la posibilidad de conectar los motores físicamente permite que en conjunto no sea necesario trabajar con sobreexcitaciones o que no sean necesarias potencias de pico tan altas para situaciones en las que exista deslizamiento, influyendo directamente en la sofisticación de los motores y por lo tanto en el precio final del sistema de tracción, y por tanto del vehículo eléctrico.
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A continuación se describen aspectos y realizaciones de la invención sobre la base de unos dibujos, en los que
la figura 1 es una vista esquemática frontal que ilustra los elementos mecánicos y electromecánicos de una realización básica del sistema de tracción según la invención;
la figura 2 es un diagrama de bloques de una realización del circuito de control según la presente invención;
la figura 3 es un diagrama que muestra una realización del modo de funcionamiento básico del la lógica de gestión integrada en el circuito de control mostrado en a figura 2;
la figura 4 es una vista esquemática frontal, parcialmente seccionada, del sistema mostrada en la figura 1 con su dispositivo de acoplamiento en estado desconectado;
la figura 5 es una vista esquemática frontal, parcialmente seccionada, del sistema mostrada en la figura 1 con su dispositivo de acoplamiento en estado conectado:
la figura 6 es una vista esquemática frontal en sección de una realización del sistema según la invención aplicada a un sistema de accionamiento directo;
la figura 7 es una vista esquemática frontal en sección de una realización del sistema según la invención aplicada a un sistema motor en rueda.
En estas figuras, aparecen unas referencias numéricas que identifican los siguientes documentos:
1 a, 1 b rueda de tracción
2a, 2b primer eje de potencia
3, 3a, 3b motor eléctrico
4a, 4b segundo eje de potencia
5 dispositivo de acoplamiento
6 lógica de gestión
7 circuito de control de tracción
7a, 7b medios sensores
8 fuente de alimentación
9 medios comparadores
10, 10a, 10b medios controladores de potencia
1 1 , 1 1 a, 1 1 b medios de sobreexcitación
12, 12a, 12b medios detectores
13 medios activadores
14a, 14b palier de acoplamiento
15a, 15b hueco de la llanta
16a, 16b llanta
17a, 17b eje de acoplamiento
18 chasis del vehículo
19 vehículo MODOS DE REALIZAR LA INVENCIÓN
La figura 1 muestra una realización de la invención para el eje delantero de un vehículo eléctrico -19- de accionamiento directo, que comprende un motor eléctrico derecho -3a- con un primer eje de potencia derecho -2a- conectado directamente a una rueda tracto ra derecha -1 a- y un motor eléctrico izquierdo -3b- con un primer eje de potencia izquierdo -2b- conectado directamente a una rueda tractora izquierda -1 b-. Entre los motores eléctricos -3a, 3b- está dispuesto un dispositivo de acoplamiento -5- sin fricción, como por ejemplo un embrague de corrientes de Eddy, conectado a sendos segundos ejes de potencia -4a, 4b- de los motores eléctricos -3a, 3b- y susceptible de realizar una transmisión de par variable desde un grado de acoplamiento nulo hasta a un grado acoplamiento total entre los motores eléctricos -3a, 3b-.
Como puede verse en la figura 2, los motores -3a, 3b- y el dispositivo de acoplamiento -5- están conectados a un circuito de control de tracción -7- destinado transmitir potencia adicional a una de las ruedas tractoras -1 a, 1 b- cuando, mediante medios sensores -7a, 7b- detecta una pérdida de tracción de otra rueda tractora -1 a, 1 b-. Para ello, circuito de control de tracción -7- comprende medios comparadores -9- para comparar entre sí el grado de pérdida de tracción de cada rueda tractora -1 a, 1 b- detectado individualmente por cada uno de los medios sensores -7a, 7b- y determinar continuamente cuál de los motores eléctricos -3a, 3b- está conectado a una rueda con mayor pérdida de tracción y cuál de los motores eléctricos -3a, 3b- está conectado a una rueda tractora -3a, 3b- con menor pérdida de tracción. Los medios comparadores -9- están conectados a unos medios controladores de potencia -10a, 10b- que, a través de unos medios de sobreexcitación -1 1 a, 1 1 b-, derivan potencia eléctrica de la fuente de alimentación -8-, desde el motor eléctrico
-3a, 3b- conectado a la rueda tractora -1 a, 1 b- con mayor grado de pérdida de tracción hacia el motor eléctrico -3a, 3b- conectado a la rueda tractora -1 a, 1 b- con menor grado de pérdida de tracción cuando la pérdida de tracción supera un umbral de pérdida de tracción. De esta manera, los medios de sobreexcitación -1 1 a, 1 1 b- sobreexcitan individualmente e incrementalmente cada motor eléctrico 3a, 3b durante un tiempo de sobreexcitación y con una potencia de sobrexcitación y están conectados a medios detectores -12a, 12b- que detectan individualmente si el tiempo de sobreexcitación total a una potencia de sobreexcitación real de cada motor eléctrico -3a, 3b- supera un umbral de tiempo máximo admitido de sobreexcitación continuada del motor eléctrico -3a, 3b-. Cuando alguno de los medios detectores -12a, 12b- detecta que el tiempo de sobreexcitación real de al menos uno de los motores eléctricos -3a, 3b- supera un umbral de tiempo máximo admitido del motor eléctrico -3a, 3b- sobrexcitado respectivo, envía la señal correspondiente a unos medios activadores -13- que entonces paran los medios de sobreexcitación -1 1 a, 1 1 b- y activan una lógica de gestión -6- conectada al dispositivo de acoplamiento -5-, de tal forma que los medios activadores -12- mantienen activo el dispositivo de acoplamiento -5- hasta que la pérdida de tracción vuelva a estar debajo del umbral de pérdida de tracción.
Como se puede apreciar en la figura 3, la lógica de gestión -6- que activa y regula el grado de acoplamiento del dispositivo de acoplamiento -5- entre los motores eléctricos -3a, 3b- en función del grado de pérdida de tracción de al menos una rueda tractora -1 a, 1 b-, detectada por los medios sensores -7a, 7b-. De esta manera, cuando el tiempo total de deslizamiento, continuado es decir, la pérdida de tracción continuada, es menor que el tiempo máximo que el motor -3- puede estar continuamente sobreexcitado, se seguirá sobreexcitando el motor con tracción incrementalmente encontrándose el dispositivo de acoplamiento -5- en la posición esquemáticamente representada en la figura 4, mientras que cuando el tiempo total de deslizamiento continuado es mayor que el tiempo máximo de sobreexcitación continuada del motor, se activa incrementalmente el acoplamiento -5- que entonces adopta una posición de acoplamiento como la que está representada esquemáticamente en la figura 5 hasta que el deslizamiento desaparezca.
La realización mostrada en las figuras 2 y 3 permite, por lo tanto, la utilización tanto de la sobreexcitación del motor fuera de sus rangos nominales, como el uso del sistema de acoplamiento para poder resolver el problema de falta de tracción pasando par de un motor a otro.
La figura 6 muestra una realización de la presente invención aplicada al eje delantero de un sistema de tracción de accionamiento directo en sí convencional. Puede observarse que, en esta realización, los motores eléctricos -3a, 3b- están anclados en el chasis -18- del vehículo -19- y cada uno de los primeros ejes de potencia -2a, 2b- está conectado a una de las ruedas tractoras -1 a, 1 b- a través de sendos palieres de acoplamiento -14a, 14b-, mientras que el dispositivo de acoplamiento -5- está montado entre los dos motores eléctricos -3a, 3b- y conectado a los respectivos segundos ejes de potencia -4a, 4b-. La figura 7 muestra una La figura 6 muestra una realización de la presente invención aplicada al eje delantero de un sistema de tracción motor en rueda en sí convencional. En esta realización, los motores eléctricos -3a, 3b- están anclados en los respectivos huecos -15a, 15b- de sendas llantas -16a, 16b- de las ruedas tractoras -1 a, 1 b-. Cada uno de los primeros ejes de potencia -2a, 2b- está directamente conectado a una de las ruedas tractoras -1 a, 1 b-, a la vez que el dispositivo de acoplamiento -5- está montado, entre los dos motores eléctricos -3a, 3b-, en el chasis -18- del vehículo -19- y conectado a los respectivos segundos ejes de potencia -4a, 4b- través de sendos ejes de acoplamiento -17a, 17b-.
Next Patent: GEARBOX AND REDUCER MODULE FOR SAID GEARBOX