AT400698B - Antrieb für ein elektrofahrzeug - Google Patents

Description

AT 400 698 B

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Elektrofahrzeug, mit einer aus zwei einander zugeordneten Welleneinheiten bestehenden Antriebswelle, wobei jede Welleneinheit mit jeweils einem elektrischen Antriebsmotor gekoppelt ist, und wobei für jeden Antriebsmotor eine über einen Stromwandler geführte Zuleitung vorgesehen ist, und wobei zur Erfassung der Istströme bzw. der Istleistungen der Antriebsmotoren die Sekundärströme der Stromwandler einem ersten Komparator Zugeleitet sind, und wobei die Erfassung der Istdrehzahl der Antriebsmotoren bzw. der Antriebsräder mittels Drehzahlsensoren erfolgt.

Herkömmliche Automobile besitzen Verbrennungsmotoren, welche über Kupplung, Getriebe, Kardanwelle und Differential auf die Antriebsräder wirken. Bei diesen Fahrzeugen liegen die Positionen von Drehenergie-Erzeugung und -Nutzung relativ weit auseinander, woraus sich hohe mechanische Übertragungsverluste ergeben. Bei den bekannten Systemen dieser Art wird ein großer Teil der aufgebrachten Antriebsenergie in Schalt- und Ausgleichsgetriebe, Kupplung, Kreuz- und Gelenkwellen durch Reibung, Massenträgheit und Gewicht vernichtet.

Die Belastung der Atmosphäre hat eine kritische Grenze erreicht; daher verstärken sich die Forderungen nach einem Ersatz der wenig umweltfreundlichen Verbrennungskraftmaschinen. Als entsprechender Ersatz bietet sich hiebei der Elektromotor an. In den letzten Jahren werden deshalb in zunehmendem Maße Elektroantriebe für Strassenfahrzeuge eingesetzt, denn Elektromotoren sind einfach im Aufbau, robust, umweltfreundlich und grundsätzlich gut regel- und steuerbar.

Es sind Antriebe für Elektromobile bekannt, bei denen Gleichstrommaschinen verwendet werden. Der Nachteil dieser Ausführungen besteht darin, daß sie im Generatorbetrieb mit Bremsenergierückspeisung -wegen des unstabilen Arbeitspunktes - technisch nur sehr aufwendig ausführbar sind.

In der Publikation WO 91/15378 wird ein Elektrofahrzeug mit einzeln gesteuerten Antriebs-Elektromotoren vorgestellt, die zum Antrieb von Rädern auf der linken bzw. rechten Fahrzeugseite vorgesehen sind und die von einer übergeordneten Zentralsteuerung gesteuert werden. Über den konkreten Aufbau der Zentralsteuerung sowie über die dafür einZusetzenden Mittel gibt die Druckschrift WO 91/15378 keinen Aufschluß. Außerdem ist die Art der zu verwendenden Motoren nicht exakt angegeben, es werden dafür lediglich die Oberbegriffe "dauermagnetisch erregte Maschinen" und "... nach dem Prinzip der Magnetflußkonzentration gebaut" verwendet.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Übertragungsverluste der Antriebsenergie vom Elektromotor auf die Räder zu reduzieren und damit einen Elektroantrieb mit hohem volkswirtschaftlichem Nutzen zu konzipieren, welcher die Nachteile bekannter Systeme vermeidet.

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebsmotoren als polumschaltbare Asynchron-Schleifringläufer mit jeweils gleichen Betriebsdaten ausgebildet und läuferseitig mit gleicher Phasenlage über ein elektrisches Differential leitend verbunden sind, und daß die Meßwerte der Istdrehzahlen der Antriebsmotoren bzw. der Antriebsräder den Eingängen eines zweiten Komparators zugeführt sind, und daß der Ausgang des zweiten Komparators mit einem ersten Eingang des elektrischen Differentials verbunden ist, und daß der Ausgang des ersten Komparators mit einem zweiten Eingang des elektrischen Differentials verbunden ist

Mit der Erfindung ist es vorteilhafterweise möglich, die Energiezufuhr zu den Antriebsrädern mit minimalen Verlusten zu steuern, wodurch ein betriebssicherer und ökonomisch optimaler Antrieb zustande kommt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch den Wegfall des bei herkömmlichen Fahrzeugen notwendigen Schaltens von Getriebegängen ein hoher Fahrkomfort gegeben ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das elektrische Differential als äußerer gemeinsamer Läuferwiderstand, welcher aus einer der Phasenzahl entsprechenden Anzahl von Einzel-Läuferwiderständen besteht, ausgeführt ist, wobei jeder Einzel-Läuferwiderstand aus einer Vielzahl von jeweils parallel zueinander zu- und abschaltbaren Einzelwiderständen gebildet ist, und daß die Zu- und Abschaltung dieser Einzelwiderstände von den Ausgangswerten des ersten und des zweiten Komparators abhängig ist.

Damit kann die Abstimmung zwischen der aus zwei Welleneinheiten bestehenden Antriebswelle des Fahrzeuges den jeweiligen Erfordernissen entsprechend rasch und unter Einhaltung großer Betriebssicherheit durchgeführt werden.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Zu diesem Zweck ist in der Fig. das erfindungsgemäße Prinzip schematisch dargestellt. Dabei fußt die Erklärung der Erfindung auf dreisträngigen Maschinen. (Dasselbe erfindungsgemäße Prinzip ist für Maschinen mit anderen Strangzahlen in gleicher Weise anwendbar.)

Die Fig. zeigt ein Ladegerät 14, an dessen Primärseite über ein Netzanschlußkabel 15 Wechselspannung eingespeist wird. Von der Sekundärseite des Ladegerätes 14 führt eine erste Verbindungs-Leitung 16 über eine Kupplung 23 zum Eingang einer Antriebsbatterie 13. Vom Ausgang der Antriebsbatterie 13 wird über eine zweite Verbindungsleitung 17 dem Eingang eines Frequenzumrichters 11 Gleichspannung m 2

Claims (2)

1. AT 400 698 B zugeführt. Vom Ausgang des Frequenzumrichters 11 führt eine Drehstromleitung 18 über einen ersten Stromwandler 5a zum ersten Antriebsmotor 1a, sowie über einen zweiten Stromwandler 5b zum zweiten Antriebsmotor 1b. Der erste Antriebsmotor 1a ist über eine erste Welle 3a starr mit einem ersten Antriebsrad 2a gekoppelt; der zweite Antriebsmotor 1b ist über eine zweite Welle 3b starr mit einem 5 Zweiten Antriebsrad 2b gekoppelt. Auf der ersten Welle 3a sitzt ein erster Drehzahlsensor 4a, auf der zweiten Welle 3b ein zweiter Drehzahlsensor 4b auf. Die Meßwerte des ersten Drehzahisensors 4a werden über eine dritte Verbindungsleitung 19 einem ersten Eingang eines zweiten Komparators 8, und die Meßwerte des zweiten Drehzahisensors 4b über eine vierte Verbindungsleitung 20 einem zweiten Eingang des zweiten Komparators 8 zugeleitet. Eine fünfte Verbindungsleitung 21 führt vom Ausgang des zweiten io Komparators 8 zu einem ersten Eingang eines elektrischen Differentials 9. Dieses Differential 9 ist als äußerer gemeinsamer Läuferviderstand ausgeführt; die Anzahl seiner Einzel-Läuferwiderstände entspricht der Phasenzahl der beiden Antriebsmotoren 1a, 1b. Jeder Einzel-Läuferwiderstand ist aus einer Vielzahl von jeweils parallel zueinander zu- und abschaltbaren Einzelwiderständen gebildet Die Sekundärwicklungen des ersten bzw. des zweiten Stromwandlers 5a, 5b sind über eine erste Meßleitung 7a bzw. über eine zweite 15 Meßleitung 7b mit einem ersten bzw. zweiten Eingang des ersten Komparators 10 verbunden. Der Ausgang des ersten Komparators 10 und ein zweiter Eingang des elektrischen Differentials 9 sind mit einer sechsten Verbindungsleitung 22 verbunden. Die Schleifringe des ersten Antriebsmotors 1a sind über eine erste Koppelleitung 6a, und die Schleifringe des zweiten Antriebsmotors 1b über eine zweite Koppelleitung 6b mit dem elektrischen Differential 9 verbunden. 20 Beim Anfahren des Fahrzeuges wird über über den Freguenzumrichter 11 den beiden Antriebsmotoren 1a, 1b die jeweils gleiche Energiemenge zugeführt. Die Antriebsmotoren 1a, 1b fahren, da sie läuferseitig mit gleicher Phasenlage - über das elektrische Differential 9 - miteinander leitend verbunden sind, synchron hoch. Fährt das Fahrzeug in eine Kurve, registriert der erste Komparator 10 unterschiedliche Stromaufnahmen der Antriebsmotoren 1a, 1b und setzt, über die sechste Verbindungsleitung 22, an das elektrische 25 Differential 9 den Befehl ab, Widerstände in den Schleifringkreis zu schalten, welche einen elektrischen Schlupf bestimmter Größe zulassen. (Die Größe des jeweils maximal zulässigen Schlupfes ergibt sich, wie bekannt, aus dem Wendekreis sowie dem Achsabstand des Fahrzeuges.) Gleichzeitig überwachen die Drehlzahlsensoren 4a, 4b die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebsmotoren 1a, 1b. Wrd, aus dem Zusammenspiel des ersten Komparators 10 und des zweiten Komparators 8, ein größerer als der jeweils 30 maximal zulässige Schlupf registriert (hat also eines der Antriebsräder 2a, 2b einen losen Untergrund), so wird das elektrische Differential 9 die Wderstände überbrücken und die einander zugeordneten Schleifringe wieder in direkt miteinander leitende Verbindung bringen, somit also als Differentialsperre wirken. Um einen in bezug auf jeweiliger Belastung und Fahrgeschwindigkeit optimalen Wrkungsgrad - und somit geringsten Energieverbrauch - der Antriebsmotoren 1a, 1b zu erreichen, werden eine zweite oder 35 gegebenenfalls weitere Motorwicklungen, bei gleichzeitiger Verringerung oder Erhöhung der Fahrfrequenz, zugeschaltet. Hiefür könnte auch ein zweiter Frequenzumrichter, der parallel zum ersten Frequenzumrichter 11 geschaltet ist, verwendet werden. Dieses Verfahren wirkt sich auch bezüglich rucklosen Fahrens günstig aus. Beim Bremsen wird Energie in die Batterie rückgespeist. Für Notbremsungen muß selbstverständlich eine mechanische Scheibenbremse zur Verfügung stehen. 40 Die Erfindung ist vorteilhaft, weil sich der Antrieb selbsttätig auf die jeweilige Fahrsituation einstellt und zudem Bremsenergie in wiedernutzbare Antriebsenergie rückgespeist wird.Patentansprüche

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   V! "; .· ;· •;'ui» 1. Antrieb für ein Elektrofahrzeug, mit einer aus zwei einander zugeordneten Welleneinheiten bestehenden Antriebswelle, wobei jede Weiieneinheit mit jeweils einem elektrischen Antriebsmotor gekoppelt ist, und wobei für jeden Antriebsmotor eine über einen Stromwandler geführte Zuleitung vorgesehen ist, und ^ wobei zur Erfassung der Istströme bzw. der Istleistungen der Antriebsmotoren die Sekundärströme der 1 fl Stromwandler einem ersten Komparator zugeleitet sind, und wobei die Erfassung der Istdrehzahl der 1 so Antriebsmotoren bzw. der Antriebsräder mittels Drehzahlsensoren erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebsmotoren (1a, 1b) als polumschaltbare Asynchron-Schleifringiaufer mit jeweils gleichen Betriebsdaten ausgebildet und läuferseitig mit gleicher Phasenlage über ein elektrisches Differential (9) leitend verbunden sind, und daß die Meßwerte der Istdrehzahien der Antriebsmotoren (1a, 1b) bzw. der Antriebsräder (2a, 2b) den Eingängen eines zweiten Komparators (8) zugeführt sind, 55 und daß der Ausgang des zweiten Komparators (8) mit einem ersten Eingang des elektrischen Differentials (9) verbunden ist, und daß der Ausgang des ersten Komparators (10) mit einem zweiten Eingang des elektrischen Differentials (9) verbunden ist

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2. 2. Antrieb für ein Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Differential (9) als äußerer gemeinsamer Läuferwiderstand, welcher aus einer der Phasenzahl entsprechenden Anzahl von Einzel-Läuferwiderständen besteht, ausgeführt ist, wobei jeder Einzel-Läuferwider-stand aus einer Vielzahl von jeweils parallel zueinander zu- und abschaltbaren Einzelwiderständen gebildet ist, und daß die Zu- und Abschaltung dieser Einzelwiderstände von den Ausgangswerten des ersten und des zweiten Komparators abhängig ist. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4