AT518495B1

AT518495B1 - OUTBOARD DRIVE WITH ELECTRIC MOTOR

Info

Publication number: AT518495B1
Application number: ATA50225/2017A
Authority: AT
Original assignee: AQUAMOT GmbH
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2018-03-15
Also published as: AT518495A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Boot. Der Außenbordantrieb besteht aus einem Elektromotor, einer Gleichspannungsquelle, Einrichtungen zur Übertragung und Steuerung der Energie von der Gleichspannungsquelle zum Elektromotor, welche in mehreren, untereinander wasserdicht verbundenen Gehäuseteilen angeordnet sind, sowie einem Propeller (11) und einer den Propeller (11) mit dem Motor (8) verbindenden Antriebswelle (10). In dem über der Wasserlinie angeordneten oberen Gehäuseteil (1) ist ein fest montiertes oder demontierbares Akku-Paket (5) integriert, welches aus Lithium-Ionen-Akkus besteht. Im unter der Wasserlinie angeordneten Motorgehäuse (3) befindet sich ein Drehstrommotor (8), dessen Drehzahl ausschließlich mittels eines Frequenzumrichters (6) bestimmt ist.The present invention relates to an outboard drive for a watercraft, in particular a boat. The outboard drive consists of an electric motor, a DC voltage source, means for transmitting and controlling the energy from the DC voltage source to the electric motor, which are arranged in a plurality of mutually watertight connected housing parts, and a propeller (11) and a propeller (11) with the motor (8) connecting drive shaft (10). In the arranged above the waterline upper housing part (1) a permanently mounted or removable battery pack (5) is integrated, which consists of lithium-ion batteries. In the arranged under the waterline motor housing (3) is a three-phase motor (8) whose speed is determined solely by means of a frequency converter (6).

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen umweltfreundlichen, platzsparenden und geräuscharmen Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Boot, bestehend aus einem Elektromotor, einer Gleichspannungsquelle, Einrichtungen zur Übertragung und Steuerung der Energie von der Gleichspannungsquelle zum Elektromotor, einem Propeller, einer Antriebswelle und mehreren, untereinander wasserdicht verbundenen Gehäuseteilen, wobei im Betriebszustand das Motorgehäuse gänzlich und der Schaft teilweise unter Wasser liegen, wobei in dem über der Wasserlinie angeordneten oberen Gehäuseteil ein fest montiertes oder demontierbares Akku-Paket aus Lithium-Ionen-Akkus integriert ist, sich im unter der Wasserlinie angeordneten Motorgehäuse ein Elektromotor, befindet und die Motorwelle den Propeller ohne zwischengeschaltetem Getriebe direkt antreibt.The present invention relates to an environmentally friendly, space-saving and low-noise outboard drive for a watercraft, in particular a boat, consisting of an electric motor, a DC voltage source, means for transmitting and controlling the energy from the DC voltage source to the electric motor, a propeller, a drive shaft and a plurality of housing parts, which are connected to one another in a watertight manner, the motor housing being completely inoperative and the shaft partially underwater, a fixed or removable battery pack of lithium-ion batteries being integrated in the upper housing section arranged above the waterline the waterline arranged motor housing is an electric motor, and the motor shaft drives the propeller directly without intermediate gearbox.

[0002] Gattungsgemäße Außenbordantriebe sind bereits bekannt. Beispielsweise seien hier die EP 2 730 494 A1, JP 2005/162055 A und EP 1 100 717 B1 genannt. Für einen Bootsantrieb der gattungsgemäßen Art sollte der Propeller mit einer Drehzahl von etwa 500 bis 3000 Umdrehungen pro Minute angetrieben werden. Hierfür wurden bisher schnelldrehende Elektromotoren mit geringem Drehmoment eingesetzt, welche über ein Getriebe im Antriebsstrang untersetzt wurden, um den Propeller effizient anzutreiben. Meist handelt es sich dabei um Planetengetriebe, aber auch andere Arten von Getrieben sind für diesen Einsatz bekannt.Generic outboard drives are already known. For example, EP 2 730 494 A1, JP 2005/162055 A and EP 1 100 717 B1 may be mentioned here. For a boat drive of the generic type, the propeller should be driven at a speed of about 500 to 3000 revolutions per minute. For this purpose, hitherto fast rotating electric motors with low torque have been used, which were stocked by a gearbox in the drive train to drive the propeller efficiently. These are mostly planetary gearboxes, but other types of gearboxes are also known for this application.

[0003] Negativ bei diesen bekannten Außenbordantrieben ist, dass es insbesondere durch das Getriebe, das sich ja bekanntermaßen zwischen Motor und Propeller im Pylon befindet, zu einer unangenehmen, hochfrequenten Geräuschentwicklung kommt, welche nicht nur für die Bootsinsassen unangenehm sind, ja sogar bis zum Tinnitus führen können, sondern insbesondere aufgrund der höheren Dichte des Wassers weite Gebiete der Unterwasserwelt in Mitleidenschaft zieht, wodurch Seenfischer in ihrer Arbeit erheblich beeinträchtigt sind. Darüber hinaus entsteht im Getriebe durch Reibung ein nicht unwesentlicher Wirkungsgradverlust, welcher bis zu 30% des Gesamtwirkungsgrades des Elektromotors betragen kann. Weiters von Nachteil ist, dass das Getriebe einen Verschleißteil darstellt, der einer periodischen Wartung unterzogen werden sollte bzw. während der Lebensdauer des Antriebes immer wieder ausgetauscht werden muss, wodurch ein hoher Kostenanteil entsteht.A disadvantage of these known outboard drives, that it is especially by the transmission, which is indeed known between the engine and propeller in the pylon, comes to an unpleasant, high-frequency noise, which are not only unpleasant for the boat occupants, yes, even to Tinnitus, but especially due to the higher density of water wide areas of the underwater world affects, which sea fishermen are significantly impaired in their work. In addition, a not insignificant loss of efficiency arises in the transmission by friction, which can be up to 30% of the overall efficiency of the electric motor. Another disadvantage is that the transmission is a wearing part, which should be subjected to periodic maintenance or must be replaced over the life of the drive again and again, creating a high cost component.

[0004] Naturgemäß sind Elektromotoren leiser als Benzinmotoren, weshalb sich Elektromotoren als Antriebsmittel auf Binnengewässern zunehmender Beliebtheit erfreuen. Für die Energieversorgung des Elektromotors ist die Mitführung einer Stromspeicherquelle unerlässlich. Diese kann in bekannter Weise durch das Mitführen von Blei-Akkumulatoren an Bord erfolgen. Blei-Akkus haben jedoch den Nachteil, dass sie ein hohes Gewicht besitzen und einigen Platzbedarf beanspruchen. Die Entwicklung der letzten Jahre geht daher dahin die Blei-Akkus zunehmend durch Lithium-Ionen-Akkus zu ersetzen, die ohne Säure funktionieren und bei gleicher Stromdichte weniger Gewicht besitzen und weniger Platz beanspruchen.By nature, electric motors are quieter than gasoline engines, which is why electric motors are enjoying increasing popularity as propulsion means on inland waters. For the power supply of the electric motor, the entrainment of a power storage source is essential. This can be done in a known manner by the entrainment of lead accumulators on board. However, lead-acid batteries have the disadvantage that they have a high weight and take up some space. The development of recent years is therefore increasingly to replace the lead-acid batteries by lithium-ion batteries, which work without acid and have the same current density less weight and take up less space.

[0005] Der geringere Platzbedarf und das geringere Gewicht dieser Lithium-Ionen-Akkus führte in einer Weiterentwicklung der Stromversorgung von Elektromotoren als Bootsantrieb dazu, dass das Akkupaket in die Antriebseinheit integriert wurde, wobei der Akku im oberen Gehäuseteil, der sich in aller Regel über der Wasserlinie befindet, untergebracht ist.The smaller footprint and the lower weight of these lithium-ion batteries resulted in a further development of the power supply of electric motors as a boat drive that the battery pack has been integrated into the drive unit, the battery in the upper housing part, which is usually about the waterline is housed.

[0006] Aus der EP 1 806 280 A ist ein solches Antriebskonzept bekannt. Nachteilig ist dabei, dass eine Motorsteuerungseinheit im Bereich des Motors, als im Betriebszustand unter Wasser liegend vorgesehen sein muss. Darüber hinaus kann die Drehzahl des Propellers nicht ohne weiteres an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden.From EP 1 806 280 A, such a drive concept is known. The disadvantage here is that an engine control unit in the region of the engine, as lying in the operating state under water must be provided. In addition, the speed of the propeller can not be easily adapted to the particular requirements.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aufbauend auf diesem Stand der Technik einen umweltfreundlichen, platzsparenden und geräuscharmen Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Boot zu schaffen, welcher die Vorteile eines in der Antriebseinheit integrierten Akku-Paketes benützt und im Betrieb erheblich geräuscharmer arbeitet als herkömmliche Antriebseinheiten mit integriertem Akkupaket.The invention is based on the object, based on this state of the art to create an environmentally friendly, space-saving and quiet outboard drive for a watercraft, especially a boat, which uses the advantages of integrated in the drive unit battery pack and significantly quieter in operation works as conventional drive units with integrated battery pack.

[0008] Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Elektromotor als Drehstrommotor ausgebildet ist und dass die Drehzahlregelung des Propellers ausschließlich mittels eines Frequenzumrichters erfolgt.This object is achieved in that the electric motor is designed as a three-phase motor and that the speed control of the propeller takes place exclusively by means of a frequency converter.

[0009] Im Schaft sind dabei die elektrischen Verbindungsleitungen untergebracht. Die Steue-rungs-, Regelungs- und Überwachungseinrichtungen, etwa der Frequenzumrichter und das Relais, sowie die Aufnahmevorrichtung für den Lithium-Ionen-Akku befinden sich im oberen Gehäuse, um den Verdrahtungs- und Entstörungsaufwand zu reduzieren.In the shaft while the electrical connection cables are housed. The control, monitoring and control equipment, such as the frequency converter and relay, as well as the lithium-ion battery holder, are located in the upper housing to reduce wiring and filtering overhead.

[0010] Durch die Verwendung eines Drehstrommotors, welcher den Propeller direkt antreibt kann der Bootsantrieb wesentlich geräuschärmer und damit umweltschonender und ohne gesundheitlichem Risiko für die Bootsinsassen erfolgen und ist daher für den kommerziellen Fischfang auf Binnengewässern viel besser geeignet als ein hochdrehender Elektroantrieb mit Getriebeuntersetzung. Weiters vorteilhaft ist, dass Drehstrommotoren praktisch wartungsfrei sind und eine lange Lebensdauer haben. Die Drehzahländerung erfolgt ausschließlich über den Frequenzumrichter. Indem der Elektromotor, insbesondere der Drehstrommotor über ein Lithi-um-lonen-Akkupaket mit Strom versorgt wird und sich das Akkupaket im oberen Gehäuseteil der Antriebseinheit befindet, ist auch keine Gefährdung durch Säureaustritt und keine Platzbeanspruchung im Bootsrumpf gegeben. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Antriebseinheit in der Parkposition um 90° geschwenkt wird, da das Akkupaket als Gegengewicht zum Motor wirkt.By using a three-phase motor, which drives the propeller directly, the boat drive much quieter and thus environmentally friendly and done without health risk to the boat occupants and is therefore much more suitable for commercial fishing on inland waters as a high-revving electric drive with gear reduction. Another advantage is that three-phase motors are virtually maintenance-free and have a long life. The speed change takes place exclusively via the frequency converter. By the electric motor, in particular the three-phase motor via a lithium-ion battery pack is supplied with power and the battery pack is located in the upper housing part of the drive unit, there is no risk due to acid leakage and no space in the hull. Another advantage arises when the drive unit is pivoted in the parking position by 90 °, since the battery pack acts as a counterweight to the engine.

[0011] In einer Weiterentwicklung der Erfindung besteht das Antriebsgehäuse aus Aluminium oder einer Aluminiumknetlegierung. Diese Ausführungsform hat gegenüber den bisher gebräuchlichen Gehäuseteilen aus Kunststoff den erheblichen Vorteil, dass das Gehäuse gegen mechanische Beanspruchungen wesentlich robuster ist. Bootsantriebe werden oft an Orten verwendet, welche eine geringe Wassertiefe aufweisen. Grundberührungen sind daher keine Seltenheit. Bei den bisher üblichen Kunststoffgehäusen kann eine Grundberührung sehr leicht zum Totalschaden des Motorgehäuses führen. Zudem nehmen zahlreiche Kunststoffe Feuchtigkeit auf, welche wieder abgegeben wird, sobald der Antrieb in der Parkposition aus dem Wasser geschwenkt wird. Durch diese Eigenschaft nimmt die mechanische Festigkeit des Gehäuses mit zunehmender Einsatzdauer ab, wodurch auch scheinbar harmlose Grundberührungen oder mechanische Beanspruchungen plötzlich und unerwartet zum Gehäusebruch führen. Da Aluminium absolut kein Wasser aufnimmt und aufgrund seiner metallischen Eigenschaften einer mäßigen mechanischen Beanspruchung durchaus auch wiederholt gut standhält wird durch die Verwendung eines Antriebsgehäuses aus Aluminium oder einer Aluminiumknetlegierung die Lebensdauer des Bootsantriebes vorteilhaft verlängert.In a further development of the invention, the drive housing made of aluminum or an aluminum wrought alloy. This embodiment has the considerable advantage over the hitherto conventional housing parts made of plastic that the housing is considerably more robust against mechanical stresses. Boat propulsion systems are often used in locations that have a shallow depth of water. Basic touches are therefore not uncommon. In the usual plastic housings, a ground contact can very easily lead to total damage to the motor housing. In addition, many plastics absorb moisture, which is released again as soon as the drive is pivoted out of the water in the parking position. As a result of this property, the mechanical strength of the housing decreases with increasing duration of use, as a result of which even apparently harmless ground contact or mechanical stresses suddenly and unexpectedly lead to the housing break. Since aluminum absorbs absolutely no water and due to its metallic properties a moderate mechanical stress quite well repeatedly withstands well by the use of a drive housing made of aluminum or an aluminum wrought alloy, the life of the boat drive is advantageously extended.

[0012] In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird nur ein Teil des Antriebsgehäuses, insbesondere das ständig unter Wasser befindliche Motorgehäuse aus Aluminium oder einer Aluminiumknetlegierung gefertigt, da die Gefährdung durch mechanische Beanspruchung in erster Linie diesen Gehäuseteil betrifft.In a further advantageous embodiment of the invention, only a portion of the drive housing, in particular the constantly underwater motor housing made of aluminum or a Aluminiumknetlegierung is made, since the exposure to mechanical stress primarily affects this housing part.

[0013] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figur näher erläutert. Der erfindungsgemäße Außenbordantrieb ist hier im senkrechten Schnitt dargestellt. Das Gehäuse besteht aus dem zweiteiligen oberen Gehäuse 1 mit einem Verschluss, welcher die beiden Teile des oberen Gehäuses dichtend miteinander verbindet, dem Schaft 2 und dem Motorgehäuse 3 mit dem Gehäusedeckel 4. Im oberen Gehäuse 1 sind neben bekannten Einrichtungen ein Akkupaket 5 als Gleichspannungsquelle und in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein Frequenzumrichter 6 zur Regelung der Motordrehzahl angeordnet. Das Akkupaket 5 kann dabei ortsfest oder abnehmbar mit dem oberen Gehäuse 1 verbunden sein. Je nach Art und Größe des Akkupakets kann es vorteilhaft sein, das Akkupaket abnehmbar auszubilden, um es an einem separaten Ort vor Diebstahl geschützt aufzubewahren und/oder wieder aufzuladen. Seitlich am oberen Gehäuse 1 ist der Steuerungshebel 9 angebracht.The invention is explained below with reference to the figure. The outboard drive according to the invention is shown here in a vertical section. The housing consists of the two-part upper housing 1 with a closure which sealingly connects the two parts of the upper housing, the shaft 2 and the motor housing 3 with the housing cover 4. In the upper housing 1 are in addition to known devices a battery pack 5 as a DC voltage source and arranged in a preferred embodiment of the invention, a frequency converter 6 for controlling the engine speed. The battery pack 5 can be fixed or detachably connected to the upper housing 1. Depending on the type and size of the battery pack, it may be advantageous to make the battery pack detachable to keep it protected from theft in a separate location and / or recharge. Laterally on the upper housing 1, the control lever 9 is mounted.

[0014] Innerhalb des Motorgehäuses 3 befindet sich ein hier lediglich schematisch dargestellter Elektromotor 8, der in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ein Drehstrommotor ist, welcher über die Welle 10 direkt mit dem außerhalb des Motorgehäuses 3 liegenden Propeller 11 verbunden ist. Der Frequenzumrichter 6 kann direkt neben dem Elektromotor 8 vorgesehen werden, bevorzugt wird er erfindungsgemäß aber im oberen Gehäuse 1 angeordnet. Beim Austritt der Welle 10 durch das Motorgehäuse 3 verhindern Dichtungen 12 das Eindringen von Wasser.Inside the motor housing 3 is an electric motor 8 shown here only schematically, which is in a preferred embodiment of the invention, a three-phase motor, which is connected via the shaft 10 directly to the outside of the motor housing 3 lying propeller 11. The frequency converter 6 can be provided directly next to the electric motor 8, but according to the invention it is preferably arranged in the upper housing 1. When the shaft 10 exits through the motor housing 3, seals 12 prevent the ingress of water.

[0015] Innerhalb des Schaftes 2 verlaufen die hier schematisch gezeigten elektrischen Leitungen 7, außerhalb des Schaftes 2 ist die Haltevorrichtung 13 zu erkennen, mittels welcher der Außenbordantrieb am Bootsheck schwenkbar befestigt wird. Nicht separat dargestellt sind weitere mögliche, aus dem Stand der Technik bekannte Einrichtungen, wie beispielsweise Feuchtigkeitssensoren, Ladeanzeigen und dergleichen mehr.Within the shaft 2, the electrical lines 7 shown schematically here, outside of the shaft 2, the holding device 13 can be seen, by means of which the outboard drive is pivotally mounted on the stern. Not shown separately are other possible devices known from the prior art, such as moisture sensors, charging indicators and the like.

[0016] Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung einer Kombination aus dem getriebelosen Propellerantrieb mittels eines Elektromotors, insbesondere eines Drehstrommotors, dessen Drehzahl von einem Frequenzumrichter gesteuert wird und einem im oberen Gehäuse untergebrachten wieder aufladbaren Lithium-Ionen-Akku. Diese Kombination ermöglicht die Herstellung eines umweltfreundlichen und geräuscharmen Bootsantriebes, den es bisher in dieser Form nicht gab.The particular advantage of the present invention is the use of a combination of the gearless propeller drive by means of an electric motor, in particular a three-phase motor whose speed is controlled by a frequency converter and accommodated in the upper housing rechargeable lithium-ion battery. This combination allows the production of an environmentally friendly and quiet boat drive, which did not exist in this form so far.

Claims

claims

1. Outboard drive for a watercraft, in particular a boat, consisting of an electric motor, a DC voltage source, means for transmitting and controlling the energy from the DC voltage source to the electric motor, a propeller, a drive shaft and a plurality of mutually watertight connected housing parts, wherein in the operating state, the motor housing (3) completely and the shaft (2) are partially submerged, wherein in the arranged above the waterline upper housing part (1) a fixed or removable battery pack of lithium-ion batteries (5) is integrated in the lower the waterline arranged motor housing (3) is an electric motor, and the motor shaft (10) drives the propeller (11) directly without intermediate gear, characterized in that the electric motor as a three-phase motor (8) is formed and that the speed control of the propeller exclusively by means of a Frequency converter (6) takes place.

2. Outboard drive for a watercraft according to claim 1, characterized in that the frequency converter (6) next to the battery pack (5) in the upper housing (1) is arranged.

3. Outboard drive for a watercraft according to claim 1 or 2, characterized in that in the shaft (2) all power transmission lines (7) to the electric motor and optionally further control and monitoring devices are arranged.

4. Outboard drive for a watercraft according to one of claims 1 to 3, characterized in that the housing parts (1, 2, 3, 4) made of aluminum or an aluminum wrought alloy.

5. Outboard drive for a watercraft according to claim 4, characterized in that only in the operating state at least partially arranged under the waterline housing parts motor housing (3), housing cover (4) and shaft (2) made of aluminum or an aluminum wrought alloy.

6. Outboard drive for a watercraft according to claim 4, characterized in that only the motor housing (3) and the housing cover (4) made of aluminum or an aluminum wrought alloy.