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Title:
HYBRID DRIVE MECHANISM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/025579
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a hybrid drive mechanism comprising an electric motor. A flywheel having a built-in controllable electromagnetic clutch with a pressed-in free-wheel is mounted on the electric motor drive shaft. Said free-wheel is also mounted on the drive shaft. A fuel engine is connected to the drive shaft, however, via a shaft which is discontinuous through a free-wheel housing. The drive to the wheels results via an armature flange of the electromagnetic clutch which is mounted on a hollow shaft.

Inventors:
THOENE HERMANN (DE)
Application Number:
PCT/DE1998/003374
Publication Date:
May 27, 1999
Filing Date:
November 17, 1998
Export Citation:
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Assignee:
THOENE HERMANN (DE)
International Classes:
B60K6/30; H02K7/02; H02K49/04; H02K49/06; (IPC1-7): B60K6/06
Foreign References:
FR2450382A11980-09-26
DE19618865A11997-11-13
EP0724978A11996-08-07
EP0743208A21996-11-20
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Claims:
Patentansprüche
1. Hybridantrieb, bestehend aus einem Elektromotor (1) einer mit der Antriebswelle (3) des Elektromotors über einen Freilauf (16) verbundenen, stufenlos steuerbaren, elektromagnetischen Kupplung, einem Schwungrad (2), in welchem die elektromag netische Kupplung (16) fest verbunden eingebettet ist, einem mit der Antriebswelle über ein Freilaufgehäuse (51) und Freilauf (40) verbundenem Treibstoffmotor.
2. Hybridantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch am Anker (5) der elektromagnetsichen Kupplung ange flanschten Hohlwelle (7) als Abtriebswelle mit ent sprechendem Abtriebsritzel.
3. Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwungrad (2) zwischen der äußeren Stahlmasse und der elektromagnetischen Kupplung ein der Stahlmas se und der Kupplung angepaßtes, kreisrundes Aluminium zentrum fest eingebettet ist, welches die Stahlmasse mit dem Rotor (12) der elektromagnetischen Kupplung verbindet.
4. Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sowohl eine elektromagnetische Kupplung mit radialer Anziehung des Ankers (Abb. 3), als auch eine elektromagnetische Kupplung mit axialer An ziehung des Ankers (Abb. 5) Verwendung finden kann.
Description:
H Y B R I D A N T R I E B Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb, bestehend aus einem Elektromotor, einem Schwungrad mit einge- bauter, stufenlos steuerbarer Magnetkupplung und einem Treibstoffmotor.

Als Stand der Technik zählt DE 19501574 C 2 als Antriebs- kombination mit Antriebsmotor, Schwungrad und stufenloser, steuerbarer Magnetkupplung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zuarunde, den eingangs erwähnten Hybridantrieb zu schaffen, um mit den zugehörig- en Komponenten eine optimale, platzsparende Antriebseinheit zu erhalten, wobei eine Verbesserung des Wirkungsgrades er- zielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 ae- löst. Die Unteransprüche enthalten Weiterbildungen und Ausgestaltungen, besonders betreffend die Platzminderunq durch die Integrierung von Komponenten im Schwungrad und der Anschluß eines Treibstoffmotors.

Im vorerwähnten Stand der Technik der Antriebskombination ist die Anordnung eine vollkommen andere als die dieser Erfindung.

Hier hat das Schwungrad keine beweglichen Schwungmassen, sondern ist als Stahlring zu sehen, in dessen Mitte ein mit dem Stahlring fest verbundenes Aluminiumzentrum ein- gebettet ist und so zusammen das Schwungrad bildet.

Dieses Aluminiumzentrum ist ebenfalls ringförmig ausge- bildet und in dessem Innern ist eine steuerbare Magnet- kupplung mit einem Freilauf integriert. Der Wirkungsgrad ist dadurch verbessert, weil sich die Magnetkupplung nicht als ein selbständiges Bauteil auf gleicher Welle neben dem Schwungrad befindet, sondern im Schwungrad integriert kein äußerer Widerstand mit dem drehbaren Teil in Form von Luft- wirbel aufkommt. Eine weitere Wirkungsgradverbesserung tritt auf, weil sich das Schwungrad mit der Magnetkupplung auf einem Freilauf bewegt und eine Drehzahlerhöhung des Schwung- rades gegenüber der Motordrehzahl Energie freistellt, die dem Antrieb zugute kommt.

Der Hybridantrieb ist aus Zeichnungsblatt 1 ersichtlich und zeigt in Abb. 1 den Elektromotor (1) mit dessen Antriebs- welle (3) und das Schwungrad (2) mit eingebauter, steuer- barer Magnetkupplung Abb. 3 (5). Der Flansch (6) der Mag- netkupplung ist auf eine Hohlwelle (7) aufgesteckt, die als Abtriebswelle fungiert und durch die die Antriebswelle (3) läuft und den Elektromotor (1) mit dem Brennstoffmotor (9) verbindet.

Abbildung 2 zeigt das Schwungrad (2) in der Seitenansicht.

In der Mitte die Motorwelle (3) mit dem Freilauf (16), dem Anker (5), dem Rotor (12) und das Aluminium-Schwung- radzentrum (10).

Abb. 3 zeigt eine im Schwungrad (2) eingebaute Magnetkupp- lung mit radialer Anziehung des Ankers (5). Die vom Motor durchlaufende Welle (3), die Hohlwelle als Abtriebswelle (7), der Rotor (12) mit dem Luftspalt (17), das Aluminium- Schwungradzentrum (10), den Stahl-Schwungradring (2), den Stator (13) mit Magnetkörper (14), den Haltering (15) und der Freilauf (16)- Zeichnungsblatt 2 zeigt auf der Abbildung 5 eine im Schwung- rad eingebaute, stufenlos steuerbare Magnetkupplung mit achsialer Anziehung des Ankers mit Freilauf.

Die Motorwelle (3), die Hohl-und Abtriebswelle (7), der auf der Hohlwelle sitzende, an der Lagerhalterung (22) an- gebrachte Flansch (36) und dem Anker (31, der Rotor (32), der Stator (30), der Luftspalt (35) und die Gewinde für Schrauben zur Einjustierung des Luftspaltes (19), der Kupplungshaltering (34), das Aluminium-Schwungradzentrum (18) mit dem Stahl-Schwungradring (2).

Abbildung 4 zeigt die Verbindung der Motorwellen vom Elek- tromotor zum Brennstoffmotor (3 u. 50). An der Welle des Brennstoffmotors befindet sich ein Verbindungs-Freilaufge-

gehäuse (51), worin sich ein Freilauf (40) befindet.

Der Hybridantrieb funktioniert, indem der Antriebs- Elektromotor (1) mit dem Schwungrad (2) und dem Rotor (5) der innerhalb des Schwungrades liegenden, stufenlos steuerbaren Magnetkupplung auf eine bestimmte Drehzahl gebracht wird. Da sich das Schwungrad (2) mit der Magnet- kupplung (12) über einen Freilauf (16) auf einer waag- rechten Welle (3) dreht und der Motor mit erreichen der vorgegebenen Drehzahl konstant bleibt, ist eine kleine Beschleunigungsphase des Schwungrades erkennbar. Durch Herunterfahren der Drehgeschwindigkeit des Motors wird im Schwungrad eine kinetische Energie freigesetzt, die während der Fahrt eine Stromersparnis bringt, solange das Fahrzeug im Schwung gefahren und der Anker der Magnet- kupplung radial angezogen bleibt. Dies geschieht durch eine elektronische Steuerung und wird mittels eines Fuß- pedals ausgelost. Die kinetische Energie des Schwungrades bleibt kurzzeitig je nach Beanspruchung während der Fahrt erhalten und findet seinen Nutzen im kurzzeitigem Strom- abfall, bis das Schwungrad wieder motorabhängig wird.

Setzt man den Treibstoffmotor ein, Abb. 1 (1), wird die Welle (3) in gleicher Weise belastet wie beim Elektroan- trieb. Das Schwungrad wird ebenso angetrieben und die Magnetkupplung erfüllt die gleiche Aufgabe. Da die Welle zum Elektromotor nicht unterbrochen ist bedingt durch den Freilauf Abb. 4 (40), läuft dieser mit und dient als Gene-

rator. Hier kann über eine Ladeelektronik die Aufladung der Batterien erfolgen.

Zweck des Hybridantriebes ist, Fahrzeuge damit auszurüsten und innerhalb geschlossener Ortschaften und Erholungsgebiete elektrisch zu fahren. Auf Autobahnen und abseits liegenden Fernverkehrsstraßen kann man mit Treibstoff fahren und zweck- dienlich die Batterien mit aufladen.

Im Schwungrad kann sowohl eine Hysterese-Magnetkupplung Abb. 3 (12), als auch eine Elektromagnet-Wirbelstromkupp- lung gemäß Abbildung 5 eingesetzt werden. In der in Abb. 5 sichtbare Magnetkupplung ist als luftspaltbeabstandetes Lager ein Radialkugellager eingesetzt, da bei hoheren Dreh- zahlen und größerem Durchmesser ein Achsialkugellager nicht brauchbar ist wegen schädlicher Auswirkung auf die Kugeln.

Die Abbildung 5 zeigt das Schwungrad (2) mit eingebauter Magnetkupplung. Auf der Antriebswelle (3) ist ein gelagerter Freilauf (33) aufgesteckt, der gleichzeitig im Stator (30) der Magnetkupplung eingepreßt ist.

Das Aluminium-Schwungradzentrum (18) hat die Aufgabe, von der Magnetkupplung eventuell auftretende magnetische Ströme zu stoppen. Das Radiallager mit den Lagerringen (20-21) ist so eingebaut, daß es den Anker (31) vom Rotor (32, so weit beabstandet, daß ein für die Steuerung notwenciger Luftspalt (35) entsteht. Der Anker ist an der Lagerhalterung (22) befestigt, an der ein Flansch (36) mit der Abtriebs- hohlwelle (7) fest verschraubt ist. In den Gewinden (19) werden Justierschrauben eingeschraubt, welche die Ein- stellung des Luftspaltes (35) in der Weise ermöglichen, daß diese gegen den äußeren Lagerring (21) gedreht werden.

Hierdurch wird das Lager mit der Lagerhalterung (22) mit angeschraubten Anker (31) und Flansch (36) vom Rotor (32) abgedrückt, um den Luftspalt genau einstellen zu können.

Wenn der elektrische Antrieb in Funktion ist, läuft die Welle (3) vom Elektromotor Abb. 1 (1) durch den Freilauf Abb. 5 (33) bis zum Freilaufgehäuse Abb. 4 (51) und endet im Freilauf (40). Der Freilauf ist so eingebaut, daß die Welle (50) zum Treibstoffmotor nicht mitläuft.

Die mit dem Anker Abb. 5 (31) über die Lagerhalterung (22) und Flansch (36) verbundene Hohlwelle ist die Abtriebswelle (7), die über die Magnetkupplung und dessen Luftspalt (35) über ein Potentiometer mit stufenloser Drehzahl angetrieben wird.