DE102017105904A1

DE102017105904A1 - Outboard engine with electric motor for a watercraft

Info

Publication number: DE102017105904A1
Application number: DE102017105904.0A
Authority: DE
Inventors: Georg Schmidinger
Original assignee: Aquamot GmbH
Current assignee: Aquamot GmbH
Priority date: 2016-03-21
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Umweltfreundliche, platzsparende und geräuscharme Außenbordantriebe am Bootsrumpf befestigten sind mit einem Elektromotor ausgestattet. Sie umfassen den Elektromotor, eine Gleichspannungsquelle, Einrichtungen zur Übertragung und Steuerung der Energie von der Gleichspannungsquelle zum Elektromotor, einen Propeller, eine Antriebswelle und mehrere, untereinander wasserdicht verbundene Gehäuseteile, umfassend ein oberes Gehäuseteil (1), das über einen Schaft (2) mit einem Motorgehäuse (3) verbunden ist, wobei im Betriebszustand das Motorgehäuse (3) gänzlich und der Schaft (2) teilweise unter Wasser liegen. Um die Vorteile eines in der Antriebseinheit integrierten Akku-Paketes zu nutzen, was aber im Betrieb geräuscharmer arbeitet als herkömmliche Antriebseinheiten mit integriertem Akkupaket; wird vorgeschlagen, dass in dem über der Wasserlinie angeordneten oberen Gehäuseteil (1) ein fest montiertes oder demontierbares Akku-Paket (5) aus Lithium-Ionen-Akkus integriert ist, sich im unter der Wasserlinie angeordneten Motorgehäuse (3) ein Elektromotor, insbesondere ein Drehstrommotor (8) befindet und die Motorwelle (10) den Propeller (11) ohne zwischengeschaltetem Getriebe direkt antreibt.Environmentally friendly, space-saving and low-noise outboard drives attached to the boat hull are equipped with an electric motor. They comprise the 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 comprising an upper housing part (1) via a shaft (2) a motor housing (3) is connected, wherein in the operating state, the motor housing (3) completely and the shaft (2) are partially submerged. To take advantage of a built-in battery pack in the drive unit, but which operates quieter in operation than conventional drive units with integrated battery pack; It is proposed that in the arranged above the waterline upper housing part (1) a permanently mounted or removable battery pack (5) is integrated lithium-ion batteries, located in the below the waterline motor housing (3) an electric motor, in particular a Three-phase motor (8) is located and the motor shaft (10) drives the propeller (11) directly without intermediate gearbox.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen umweltfreundlichen, platzsparenden und geräuscharmen Außenbordantrieb für ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Boot, mit einem Elektromotor, mit einer Gleichspannungsquelle, Einrichtungen zur Übertragung und Steuerung der Energie von der Gleichspannungsquelle zum Elektromotor, einem Propeller, mit einer Antriebswelle und mehreren, untereinander wasserdicht verbundenen Gehäuseteilen, umfassend ein oberes Gehäuseteil, das über einen Schaft mit einem Motorgehäuse verbunden ist, wobei im Betriebs-zustand das Motorgehäuse gänzlich und der Schaft teilweise unter Wasser liegen. Als Gleichspannungsquelle dient eine Sekundärbatterie, bevorzugt ein Akku oder ein wieder aufladbares Akku-Paket. The present invention relates to an environmentally friendly, space-saving and low-noise outboard drive for a watercraft, in particular a boat, with an electric motor, with a DC voltage source, means for transmitting and controlling the energy from the DC voltage source to the electric motor, a propeller, with a drive shaft and several, with each other waterproof associated housing parts, comprising an upper housing part, which is connected via a shaft to a motor housing, wherein in the operating state, the motor housing completely and the shaft are partially submerged. As a DC voltage source is a secondary battery, preferably a rechargeable battery or rechargeable battery pack.

Stand der TechnikState of the art

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, here are the EP 2 730 494 A1 . JP 2005/162055 A and EP 1 100 717 B1 called. 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 gear 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.

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, in particular by the transmission, which is well 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 lead to tinnitus but, especially because of the higher density of the water, affects large areas of the underwater world, significantly affecting lake fishermen 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.

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.Naturally, electric motors are quieter than gasoline engines, which is why electric motors are increasingly popular 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.

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 reduced space requirement 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 was integrated into the drive unit, the battery in the upper housing part, which is usually located above the waterline , is housed.

Technische AufgabenstellungTechnical task

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 a built-in drive unit battery pack and operating significantly quieter than conventional Drive units with integrated battery pack.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Diese Aufgabe wird durch einen am Bootsrumpf befestigten Außenbordantrieb gelöst, 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, insbesondere ein Drehstrommotor befindet und die Motorwelle den Propeller ohne zwischengeschaltetem Getriebe direkt antreibt. Der Außenbordantrieb besteht aus einem über der Wasserlinie angeordneten oberen Gehäuse, einem vollständig in das Wasser eintauchenden Motorgehäuse und einem diese beiden Gehäuse verbindenden Schaft, wobei in dem oberen Gehäuse ein fest montiertes oder entfernbares Akku-Paket aus Lithium-Ionen-Akkus integriert ist und im Motorgehäuse ein Elektromotor, insbesondere ein Drehstrommotor unter Vermeidung einer Untersetzung mittels eines Getriebes angeordnet ist, welcher direkt mit dem Propeller verbunden ist. Im Schaft sind die elektrischen Verbindungsleitungen untergebracht. Die Steuerungs-, 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.This object is achieved by a mounted on the boat hull outboard drive, in which arranged above the waterline upper housing part a fixed or removable battery pack of lithium-ion batteries is integrated, located in the submerged motor housing an electric motor, in particular a three-phase motor and the motor shaft drives the propeller directly without an intermediate gearbox. The outboard drive consists of an upper housing positioned above the waterline, a motor housing completely immersed in the water and a shaft connecting these two housings, wherein a fixed or removable rechargeable lithium ion battery pack is integrated in the upper housing Motor housing an electric motor, in particular a three-phase motor while avoiding a reduction by means of a transmission is arranged, which is connected directly to the propeller. The shaft accommodates the electrical connection lines. The control and monitoring 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.

Durch die Verwendung eines Elektromotors, insbesondere 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 Lithium-Ionen-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 an electric motor, in particular a three-phase motor, which drives the propeller directly the boat drive can be much quieter and thus environmentally friendly and 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 is powered by a lithium-ion battery pack with power and the battery pack is located in the upper housing part of the drive unit, there is no risk of 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.

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.

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 part of the drive housing, in particular the constantly under water motor housing made of aluminum or an aluminum alloy wrought, since the exposure to mechanical stress primarily affects this housing part.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. Als einzige Figur zeigt:The invention is explained below with reference to an embodiment and a drawing. The only figure shows:

1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Außenbordantrieb im senkrechten Schnitt. 1 an embodiment of the invention Außenbordantrieb in vertical section.

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 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 case 1 are in addition to known facilities a battery pack 5 as a DC voltage source and in a preferred embodiment of the invention, a frequency converter 6 arranged to control the engine speed. The battery pack 5 can be fixed or removable with the upper case 1 be connected. 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 is the control lever 9 appropriate.

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 There is an electric motor shown here only schematically 8th in a preferred embodiment of the invention is a three-phase motor, which over the shaft 10 directly with the outside of the motor housing 3 lying propeller 11 connected is. The frequency converter 6 can be right next to the electric motor 8th be provided, it is preferred according to the invention but in the upper housing 1 arranged. At the exit of the shaft 10 through the motor housing 3 prevent seals 12 the ingress of water.

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.Inside the shaft 2 The electrical lines shown schematically here run 7 , outside the shaft 2 is the holding device 13 to recognize, 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.

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 housed 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.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2730494 A1 [0002]
JP 2005/162055 A [0002]
EP 1100717 B1 [0002]

Claims

An outboard propulsion system for a watercraft comprising an electric motor, a DC power source, means for transmitting and controlling the power from the DC power source to the electric motor, a propeller, a drive shaft and a plurality of housing parts watertightly connected to each other, comprising an upper housing part (US Pat. 1 ), which via a shaft ( 2 ) with a motor housing ( 3 ), wherein in the operating state, the motor housing ( 3 ) completely and the shaft ( 2 ) are partially submerged, characterized in that in the arranged above the waterline upper housing part ( 1 ) a permanently mounted or removable battery pack ( 5 ) is integrated as a DC voltage source from lithium-ion batteries, located in under the waterline motor housing ( 3 ) is an electric motor and the motor shaft ( 10 ) the propeller ( 11 ) drives directly without intervening transmission.

Outboard drive for a watercraft according to claim 1, characterized in that the electric motor as a three-phase motor ( 8th ) is executed

Outboard engine for a watercraft according to claim 1 or 2, characterized in that the speed control of the propeller ( 11 ) exclusively by means of a frequency converter ( 6 ) he follows.

Outboard engine for a watercraft according to claim 3, characterized in that the frequency converter ( 6 ) next to the battery pack ( 5 ) in the upper housing ( 1 ) is arranged.

Outboard drive for a watercraft according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the shaft ( 2 ) all power transmission lines ( 7 ) are arranged to the electric motor.

Outboard engine for a watercraft according to claim 5, characterized in that in the shaft ( 2 ) Further control and monitoring devices are arranged.

Outboard drive for a watercraft according to one of claims 1 to 6, characterized in that the housing parts ( 1 ; 3 ; 4 ) and the shaft ( 2 ) consist of aluminum or an aluminum wrought alloy.

Outboard drive for a watercraft according to claim 7, characterized in that only in the operating state at least partially disposed below the waterline housing parts motor housing ( 3 ), Housing cover ( 4 ) and shank ( 2 ) consist of aluminum or an aluminum wrought alloy.

Outboard engine for a watercraft according to claim 7, characterized in that only the engine housing ( 3 ) and the housing cover ( 4 ) consist of aluminum or an aluminum wrought alloy.

Outboard drive according to one of the preceding claims, characterized in that the watercraft is a boat.