DE102019108544A1

DE102019108544A1 - Elektrisches Antriebssystem mit mehreren separaten elektrischen Bussen mit unterschiedlichen Betriebsspannungen

Info

Publication number: DE102019108544A1
Application number: DE102019108544.6A
Authority: DE
Inventors: Reginald J. Bindl; Jacob Pence; Mark J. Cherney
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2019-10-10
Also published as: CN110341502A; CN110341502B; US20190308511A1; US11014454B2

Abstract

Ein elektrisches Antriebssystem für mechanische Maschinen. Das elektrische Antriebssystem umfasst einen ersten elektrischen Bus und einen zweiten elektrischen Bus, die jeweils für den Betrieb bei verschiedenen Spannungen konfiguriert sind. Ein erster Generator versorgt den ersten elektrischen Bus mit elektrischem Strom bei einer bestimmten Spannung. Ein zweiter Generator ist so konfiguriert, dass er den zweiten elektrischen Bus mit einer zweiten Spannung speist, die von der ersten verschieden ist. Ein erster Elektromotor ist an den ersten elektrischen Bus angeschlossen und arbeitet mit der ersten Spannung, die vom ersten elektrischen Bus geliefert wird. Ein zweiter Elektromotor ist an den zweiten elektrischen Bus angeschlossen und arbeitet mit der zweiten Spannung, die vom zweiten elektrischen Bus geliefert wird. Die mechanische Leistung für den Antrieb der mechanischen Maschine wird sowohl vom ersten als auch vom zweiten Elektromotor erzeugt.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Antriebssysteme zur Spannungsversorgung eines Elektromotors über einen Generator. Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf elektrische Antriebssysteme für Maschinen, wie zum Beispiel Fahrzeuge und Radlader.
ZUSAMMENFASSUNG
In einer Ausführungsform bietet die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem für mechanische Maschinen. Das elektrische Antriebssystem umfasst einen ersten elektrischen Bus und einen zweiten elektrischen Bus. Ein erster Generator ist so konfiguriert, dass er elektrischen Strom an den ersten elektrischen Bus mit einer ersten Spannung liefert. Ein zweiter Generator ist so konfiguriert, dass er elektrischen Strom an den zweiten elektrischen Bus mit einer zweiten Spannung liefert, die von der ersten verschieden ist. Ein erster Elektromotor ist an den ersten elektrischen Bus angeschlossen und konfiguriert, bei elektrischem Strom mit der ersten Spannung vom ersten elektrischen Bus zu arbeiten. Ein zweiter Elektromotor ist an den zweiten elektrischen Bus angeschlossen und konfiguriert, bei elektrischem Strom mit der zweiten Spannung vom zweiten elektrischen Bus zu arbeiten. Mechanische Leistung für den Antrieb der mechanischen Maschine wird sowohl vom ersten als auch vom zweiten Elektromotor erzeugt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das elektrische Antriebssystem ferner ein Getriebe, das operativ sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Elektromotor verbunden ist. Dieses Getriebe erzeugt durch Kombination der mechanischen Leistung des ersten und zweiten Elektromotors eine mechanische Gesamtleistung zum Betrieb der mechanischen Maschine. In einigen Ausführungsformen umfasst die mechanische Maschine ein Antriebssystem, das Antriebkraft für die Bewegung eines Fahrzeugs erzeugt. Bei einigen Implementierungen ist der erste elektrische Bus ein Wechselstrom-Bus und der zweite elektrische Bus ist ein Gleichstrom-Bus.
Weitere Aspekte der Erfindung werden unter Berücksichtigung der ausführlichen Beschreibungen und der beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines in Reihe geschalteten Antriebsstrangs für einen Radlader gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines elektrischen Antriebsstrangs für ein Fahrzeug (z. B. einen Radlader) mit zwei Generatoren, von denen gemäß einer anderen Ausführungsform jeder jeweils einem elektrischen Bus Strom mit einer anderen Spannung bereitstellt.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm des elektrischen Antriebsstrangs von 2, der konfiguriert ist, um nur an einem der elektrischen Busse mit einem Wechselrichter ausgestattet zu sein.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm des elektrischen Antriebsstrangs von 2, der für den Einsatz in einem Fahrzeug mit einem zusätzlichen, elektrisch oder mechanisch angetriebenen, Gerät oder System konfiguriert ist.
5 ein schematisches Blockdiagramm des elektrischen Antriebsstrangs, der konfiguriert ist, ein Nutzbremssystem zu umfassen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Bevor Ausführungsformen der Erfindung im Detail erläutert werden, muss man verstehen, dass sich die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die in der folgenden Beschreibung oder in den folgenden Zeichnungen dargestellten Details des Aufbaus und die Anordnung der Komponenten beschränkt. Die Erfindung kann andere Ausführungsformen beinhalten und kann auf verschiedene Arten ausgeübt oder ausgeführt werden.
1 zeigt beispielhaft einen in Reihe geschalteten elektrischen Antriebsstrang 100 für ein Baufahrzeug, wie zum Beispiel einen Radlader. In diesem Beispiel ist ein Motor 97 (z. B. ein mit Benzin, Diesel, Propan usw. betriebener Verbrennungsmotor) über ein Getriebegehäuse 99 an einen Generator 101 angeschlossen. Der Generator 101 erzeugt und liefert Gleichstrom (direkten Strom) an einen Wechselrichter 103. Der Wechselrichter 103 wandelt den vom Generator erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom einer bestimmten Spannung um und leitet diesen Wechselstrom zu dessen Nutzung an einen elektrischen Bus „A“. An den elektrischen Bus „A“ ist außerdem ein elektrischer Motor 105 angeschlossen, der über den elektrischen Bus „A“ mit Spannung versorgt wird. Die von dem elektrischen Motor 105 generierte mechanische Leistung wird auf ein Getriebe 107 übertragen, das mechanisch mit dem Elektromotor 105 verbunden ist. Die vom Getriebe 107 generierte mechanische Leistung wird dann für den Betrieb anderer mechanischer Systeme des Baufahrzeugs verwendet, wie zum Beispiel für den Antrieb der Räder oder Raupenketten des Fahrzeugs über das Antriebssystem 109. In diesem Beispiel ist das Getriebegehäuse 99 auch operativ an ein hydraulisches Zylindersystem 111 angeschlossen, das konfiguriert ist, um die Schaufel des Radladers steuerbar anzuheben und zu senken. Dementsprechend wird die vom Motor 97 generierte mechanische Leistung für den Antrieb der Schaufelzylinder 111 verwendet.
Wechselrichter und elektrische Maschinen - wie zum Beispiel Generatoren und Motoren - werden nach Leistungsstufen und Spannung eingestuft. Insbesondere bei Wechselrichtern kann der Kostenunterschied bei unterschiedlichen Einstufungen erheblich sein. Beispielsweise kann ein Wechselrichter der Leistungsstufe 1 fast doppelt so viel kosten wie ein Wechselrichter einer geringeren Leistungsstufe. Außerdem sind die Leistungsstufen von Wechselrichtern oft so gestaffelt, dass ein Wechselrichter der nächst höheren Leistungsstufe für das Zweifache der elektrischen Leistung eingestuft sein kann. Wenn ein System die Leistungsstufe eines Zwischenwertes erfordert (d. h. eine Leistungsstufe, die zwischen den Einstufungen zweier verfügbarer Wechselrichter liegt), wird das System daher mit einem Wechselrichter ausgestattet, der für eine erheblich höhere Leistung eingestuft ist als benötigt. Erfordert das System aus 1 zum Beispiel eine elektrische Leistung von 30 kW, um das Antriebssystem 109 zu betreiben und sind Wechselrichter für jeweils 25 kW und 50 kW verfügbar, kann das System vom Hersteller für einen Wechselrichter der nächsthöheren Leistungsstufe (z. B. 50 kW) ausgelegt werden, um bei einer Arbeitslast von 30 kW einwandfreien Betrieb zu gewährleisten. Möglicherweise muss das System wiederum auch für die Verwendung eines Generators 101 und/oder eines Elektromotors 105 ausgelegt sein, die ebenfalls für eine elektrische Leistung von 50 kW eingestuft sind.
2 zeigt ein alternatives Beispiel eines Antriebsstrangs 200 für ein Baufahrzeug, wie zum Beispiel einen Radlader, das mit zwei verschiedenen in Reihe geschalteten Antriebssträngen ausgestattet ist, die parallel arbeiten. Auch hier erzeugt ein erster Generator 201 Gleichstrom und leitet diesen an einen Wechselrichter 203, der den Gleichstrom in Wechselstrom mit einer bestimmten Spannung umwandelt und die elektrische Leistung zur Nutzung an einen ersten elektrischen Bus „A“ leitet. Ein zweiter Generator 213 erzeugt ebenfalls Gleichstrom und leitet diesen an einen zweiten Wechselrichter 215, der den Gleichstrom in Wechselstrom mit einer bestimmten Spannung umwandelt und diese elektrische Leistung zur Nutzung an einen zweiten elektrischen Bus „B“ leitet. Ein erster Elektromotor 205 ist an den ersten elektrischen Bus „A“ angeschlossen und konfiguriert, um mit der ersten elektrischen Leistung zu arbeiten, die vom ersten elektrischen Bus „A“ geliefert wird. Ein zweiter Elektromotor 217 ist an den zweiten elektrischen Bus „B“ angeschlossen und konfiguriert, um mit der elektrischen Leistung zu arbeiten, die vom zweiten elektrischen Bus „B“ geliefert wird.
Bei dem in 2 dargestellten System können die Wechselrichter 203 und 215 sowie die Generatoren 201 und 203 mit unterschiedlichen elektrischen Leistungsstufen gewählt werden, sodass sie elektrische Leistung unterschiedlicher Spannung erzeugen. Beispielsweise können der erste Generator 201 und der erste Wechselrichter 203 mit einer ersten Leistungsstufe (z. B. X kW) eingestuft und so konfiguriert sein, dass sie elektrische Leistung mit einem ersten Spannungswert (z. B. Y Volt Gleichstrom) an den ersten elektrischen Bus „A“ leiten, während der zweite Generator 213 und der zweite Wechselrichter 215 mit einer anderen Leistungsstufe (z. B., X/5 kW) eingestuft und so konfiguriert sind, dass sie elektrische Leistung mit einem zweiten Spannungswert (z. B. Y/2 Volt) an den zweiten elektrischen Bus „B“ leiten. Demzufolge können auch der erste Elektromotor 205 und der zweite Elektromotor 217 den jeweiligen Wechselrichtern 203 und 215 entsprechend mit unterschiedlichen Leistungs- bzw. Spannungsstufen gewählt werden.
Bei dem in 2 dargestellten Beispiel sind sowohl der erste Elektromotor 205 als auch der zweite Elektromotor 217 an dasselbe Getriebe 207 angeschlossen und beide so konfiguriert, dass sie mechanische Leistung an das Getriebe 207 liefern. Die kombinierte mechanische Leistung des ersten Elektromotors 205 und des zweiten Elektromotors 217 wird dann für den Betrieb anderer mechanischer Systeme des Baufahrzeugs verwendet, wie zum Beispiel für den Antrieb der Räder oder Raupenketten des Fahrzeugs über das Antriebssystem 209. Bezogen auf das vorstehende Beispiel bedeutet dies Folgendes: Wenn für den Betrieb des Antriebssystems 209 eine elektrische Leistung von 30 kW benötigt wird, kann das in 2 dargestellte System für einen ersten Wechselrichter 203 mit einer Einstufung für 25 kW und einen zweiten Wechselrichter 215 mit einer Einstufung für 5 kW ausgelegt werden, anstatt nur einen einzigen in Reihe geschalteten Antriebsstrang mit einem Wechselrichter zu verwenden, der für die nächsthöhere Leistungsstufe (z. B. 50 kW) bemessen ist.
In dem in 2 dargestellten Beispiel werden nur zwei Kombinationen aus Generator / Wechselrichter / Motor verwendet. In anderen Ausführungen dagegen kann das System mit weiteren Kombinationen von Generatoren und Wechselrichtern konfiguriert sein, um weitere elektrische Busse mit elektrischer Leistung zu versorgen (z. B. mit unterschiedlichen Spannungen). Ebenso können in anderen Implementierungen an die zusätzlichen elektrischen Busse weitere Elektromotoren angeschlossen sein.
Ferner geben in dem in 2 dargestellten Beispiel die beiden Elektromotoren 205 und 217 mechanische Leistung an dasselbe Getriebe ab. In anderen Implementierungen dagegen kann das System so konfiguriert sein, dass mit der von den verschiedenen Elektromotoren erzeugten Leistung verschiedene mechanische Systeme betrieben werden. Beispielsweise kann das System so konfiguriert sein, dass mit der Leistung des ersten Elektromotors 205 ein Antriebssystem 209 und mit der Leistung des zweiten Elektromotors 217 die Schaufelzylinder zum Heben und Senken betrieben werden. Ebenso kann das System in weiteren Implementierungen so konfiguriert sein, dass mit der Ausgangsleistung des ersten Elektromotors 205 die Hinterräder des Fahrzeugs und mit der Ausgangsleistung des zweiten Elektromotors 217 die Vorderräder des Fahrzeugs angetrieben werden. Dementsprechend können andere Implementierungen konfiguriert sein, anstelle des einzelnen Getriebes 207, wie in 2 dargestellt, zwei oder mehr Getriebesysteme zu verwenden.
Das in 2 dargestellte System 200 ist nur ein Beispiel von Implementierungen, die für den Einsatz mehrerer elektrischer Busse mit unterschiedlichen Spannungen konfiguriert sind. In weiteren Implementierungen können zusätzliche, weniger oder andere Komponenten verwendet, in andere Maschinen eingebaut und/oder andere Ausgabegeräte mit mechanischer Leistung versorgt werden. 3 zeugt zum Beispiel ein Antriebssystem 300, das zwei elektrische Busse, aber keinen zweiten Wechselrichter aufweist. Ebenso wie das in 2 dargestellte System umfasst das Antriebssystem 300 einen ersten Generator 301, der Gleichstrom erzeugt und an einen Wechselrichter 303 leitet. Dieser wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom mit einer bestimmten Spannung um und leitet diese elektrische Leistung zur Nutzung an einen ersten elektrischen Bus „A“. Ein erster Elektromotor 305 ist an den ersten elektrischen Bus „A“ angeschlossen und wird von diesem mit Antriebsenergie versorgt.
Das System 300 enthält auch einen zweiten Generator 313. Bei dem in 3 dargestellten Beispiel wird die elektrische Leistung des zweiten Generators 313 jedoch direkt an den elektrischen Bus „B“ geleitet, ohne einen zwischengeschalteten Wechselrichter, der die elektrische Leistungsabgabe des Generators 313 umwandelt. Ein zweiter Elektromotor 317 ist ebenfalls an den elektrischen Bus „B“ angeschlossen und wird über diesen betrieben. Bei einigen Implementierungen kann der Generator 313 statt Gleichstrom Wechselstrom erzeugen, sodass für die Speisung des elektrischen Busses „B“ mit Wechselstrom kein Wechselrichter benötigt wird. In weiteren Implementierungen kann jedoch das System einen elektrischen Bus für Wechselstrom (d.h. den ersten elektrischen Bus „A“) und einen elektrischen Bus für Gleichstrom (g.h. den zweiten elektrischen Bus „B“) haben. Bei solchen Implementierungen ist der zweite Generator 313 konfiguriert, um Gleichstrom zu erzeugen und damit direkt den zweiten elektrischen Bus „B“ zur Nutzung zu speisen. In anderen Implementierungen kann der zweite Elektromotor 317, der an den Gleichstrombus (d.h. den zweiten elektrischen Bus „B“) angeschlossen ist, direkt für den Betrieb mit Gleichstrom ausgelegt sein. Alternativ kann ein Wechselrichter in den zweiten Elektromotor 317 eingebaut oder am Ausgang des zweiten elektrischen Busses „B“ vorgesehen sein, um den vom zweiten elektrischen Bus „B“ kommenden Gleichstrom für den Antrieb des Elektromotors 317 in Wechselstrom umzuwandeln. In dem in 3 dargestellten Beispiel sind sowohl der erste Elektromotor 305 als auch der zweite Elektromotor 317 wieder mechanisch gekoppelt, um mechanische Leistung an das Getriebe 307 zu liefern, mit dem wiederum das Antriebssystem 309 betrieben wird.
In den in 2 und 3 dargestellten Beispielen können die Generatoren 201, 213 und 313 über ein oder mehrere Getriebegehäuse an denselben Motor angeschlossen werden (z. B. einen mit Benzin, Diesel oder Propan betriebenen Verbrennungsmotor). Alternativ kann in einigen Implementierungen das Baufahrzeug (z. B. ein Radlader) mit zwei separaten Motoren ausgestattet sein, die jeweils mit einem der zwei Generatoren verbunden sind. Außerdem, wie vorstehend in Bezug auf 1 bereits dargelegt, kann in einigen Implementierungen das hydraulische Zylindersystem zum gesteuerten Heben und Senken der Schaufel des Radladers operativ über ein Getriebegehäuse an denselben Motor angeschlossen sein, der den Generator versorgt. Ebenso kann in einigen Implementierungen der Beispiele von 2 und 3 ein einzelner Motor über ein oder mehrere Getriebegehäuse mit dem ersten Generator 201/301, dem zweiten Generator 213/313 sowie mit zusätzlichen mechanischen Geräten oder Systemen, wie zum Beispiel dem hydraulischen Zylindersystem zum gesteuerten Heben und Senken der Schaufel eines Radladers, verbunden sein.
In einigen Implementierungen kann das System außerdem so konfiguriert sein, dass mit der mechanischen oder elektrischen Betriebsleistung über das elektrische Antriebsstrangsystem andere Geräte oder Systeme betrieben werden. 4 zeigt ein solches Beispiel, in dem das System konfiguriert ist, eine Antriebsleistung zusätzlich zum Fahrzeugantrieb auch für andere Systeme und/oder Geräte bereitzustellen. Das System 400 hat einen ersten Generator 401, der Gleichstrom erzeugt und an einen Wechselrichter 403 leitet, der den Gleichstrom in Wechselstrom mit einer bestimmten Spannung umwandelt und diesen zur Nutzung an einen ersten elektrischen Bus „A“ leitet. Ein erster Elektromotor 405 ist an den ersten elektrischen Bus „A“ angeschlossen und wird von diesem mit Antriebsleitung versorgt. Ein zweiter Generator 413 erzeugt Gleichstrom und leitet diesen an einen zweiten Wechselrichter 415, welcher den Gleichstrom in Wechselstrom mit einer bestimmten Spannung umwandelt und diese elektrische Leistung zur Nutzung an einen zweiten elektrischen Bus „B“ leitet. Ein zweiter Elektromotor 417 ist an den zweiten elektrischen Bus „B“ angeschlossen und wird von diesem mit Antriebsleistung versorgt. Der erste elektrische Motor 405 und der zweite elektrische Motor 417 sind mechanisch miteinander gekoppelt und liefern die mechanische Leistung an ein Getriebe 407, welches mit der kombinierten mechanischen Leistung des ersten Elektromotors 405 und des zweiten Elektromotors 417 das Antriebssystem 409 des Fahrzeugs betreibt.
In dem Beispiel von 4 können auch ein oder mehrere zusätzliche Geräte oder Systeme operativ gekoppelt sein, um mit Betriebsleistung vom Antriebsstrangsystem zu erhalten. In einigen Implementierungen kann das zusätzliche Gerät oder System 411 ein mechanisch angetriebenes Gerät oder System umfassen, das operativ so mit einem Ausgang des Getriebes 407 verbunden ist, dass die kombinierte mechanische Ausgangsleistung des ersten Elektromotors 405 und des zweiten Elektromotors 417 verwendet wird, um sowohl das Antriebssystem 409 als auch das zusätzliche mechanisch angetriebene Gerät oder System 411 zu betreiben. Beispielsweise ist in einigen Implementierungen das hydraulische Zylindersystem zum gesteuerten Heben und Senken der Schaufel des Radladers als zusätzliches mechanisch betriebenes Gerät/System 411 implementiert und ist konfiguriert, um über das Getriebe 407 mechanische Antriebsleistung aufzunehmen.
In einigen Implementierungen kann das zusätzliche Gerät oder System 411 ein elektrisch betriebenes Gerät/System umfassen, das an den elektrischen Bus „A“ elektrisch angeschlossen ist und über denselben elektrischen Bus mit elektrischer Antriebsleistung versorgt wird wie der erste Elektromotor 405. In einigen Implementierungen kann zum Beispiel das hydraulische Zylindersystem zum gesteuerten Heben und Senken der Schaufel des Radladers als System mit einer elektrisch betriebenen Hydraulikpumpe und/oder Ventilen implementiert werden, das konfiguriert ist, um über den elektrischen Bus „A“ mit elektrischer Antriebsleistung versorgt wird. Ebenso kann in einigen Implementierungen das zusätzliche Gerät/ 411 eine oder mehrere elektrische Fahrzeugbeleuchtungen umfassen, die mit dem den elektrischen Bus „A“ gekoppelt sind und von ihm mit Betriebsleistung versorgt werden. In weiteren Implementierungen kann das Getriebe 407 zum Beispiel als Split-Path- -Getriebe ausgelegt sein, bei dem mit der elektrischen Leistung einerseits steuerbar ein Variator betrieben und andererseits die Geschwindigkeit der mechanischen Ausgangsleitung des Getriebes angepasst wird. In solchen Implementierungen kann das System von 4 so konfiguriert werden, dass das zusätzliche elektrisch betriebene Gerät/System 411 den elektrisch gesteuerten Variator des Split-Path-Getriebes umfasst, der über den elektrischen Bus „A“ mit elektrischer Leistung versorgt wird.
In den vorstehend genannten Beispielen wird die elektrische Leistung, die in die einzelnen elektrischen Busse geleitet wird, von nur einem Generator erzeugt. Wie vorstehend erwähnt, kann der Generator in einigen Implementierungen von einem mit Benzin, Diesel oder Propan betriebenen Verbrennungsmotor betrieben werden oder einen solchen Motor enthalten. In anderen Implementierungen kann der Generator jedoch auch von einem anderen Typ sein, zum Beispiel ein Generator, der mit Solarenergie oder Windkraft betrieben wird. In weiteren Implementierungen kann die elektrische Leistung an einem einzelnen elektrischen Bus von mehreren verschiedenen Generatorquellen bezogen werden. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem die elektrische Leistung eines der beiden elektrischen Busse sowohl von einem Generator (z. B. propanbetriebener Generator) als auch von einem Nutzbremssystem geliefert wird.
Das System 500 von 5 umfasst einen ersten Generator 501, der Gleichstrom erzeugt und an einen Wechselrichter 503 leitet, der den Gleichstrom in Wechselstrom mit einer ersten Spannung umwandelt und diesen zur Nutzung an einen ersten elektrischen Bus „A“ leitet. Ein erster Elektromotor 505 ist an den ersten elektrischen Bus „A“ angeschlossen und wird von diesem mit Antriebsleistung versorgt. Ein zweiter Generator 513 erzeugt Gleichstrom und leitet diesen an einen zweiten Wechselrichter 515, der den Gleichstrom in Wechselstrom mit einer zweiten Spannung umwandelt und diese elektrische Leistung zur Nutzung an einen zweiten elektrischen Bus „B“ leitet. Ein zweiter Elektromotor 517 ist an den zweiten elektrischen Bus „B“ angeschlossen und wird von diesem mit Antriebsleistung versorgt. Der erste elektrische Motor 505 und der zweite elektrische Motor 517 sind mechanisch miteinander gekoppelt und liefern die mechanische Leistung an ein Getriebe 507, das mit der kombinierten mechanischen Ausgangsleistung des ersten Elektromotors 505 und des zweiten Elektromotors 517 das Antriebssystem 509 des Fahrzeugs sowie einen oder mehrere Zylinder zum Heben/Senken der Schaufel (z. B. eines Radladers) antreibt.
Außerdem umfasst das System 500 den Generator eines Nutzbremssystems 519, der die Bewegung des Fahrzeugs verlangsamt, indem die kinetische Energie des Fahrzeugs (z. B. an den Rädern, Achsen usw.) in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Generator des Nutzbremssystems 519 ist so konfiguriert, dass mit der generierten elektrischen Leistung eine Batterie 514 geladen wird. Die in der Batterie 514 gespeicherte elektrische Energie wird dann entweder direkt an den zweiten elektrischen Bus „B“ oder in einigen Fällen zum Wechselrichter 515 (oder zu einem anderen, zusätzlichen Wechselrichter) geleitet, der die Ausgangsleistung der Batterie umwandelt/anpasst (z. B in Wechselstrom umwandelt), bevor sie zur Nutzung an den zweiten elektrischen Bus „B“ geleitet wird.
In dem Beispiel von 5 wird die vom Generator der Nutzbremse 519 erzeugte Energie nur an den zweiten elektrischen Bus „B“ geleitet, in anderen Implementierungen kann das System jedoch auch so konfiguriert ein, dass die vom Generator der Nutzbremse erzeugte Energie an beide elektrischen Busse geleitet wird. So kann die Batterie 514 zum Beispiel mit zwei separaten Wechselrichtern verbunden sein, von denen einer die elektrische Ausgangsleistung der Batterie 514 in eine elektrische Energie umwandelt, die für den ersten elektrischen Bus „A“ geeignet ist, und der andere die elektrische Ausgangsleistung der Batterie 514 in eine Form umwandelt, die für den elektrischen Bus „B“ geeignet ist. Jeder Wechselrichter wird dann zur Bereitstellung der entsprechend aufbereiteten Leistung jeweils mit dem ersten elektrischen Bus „A“ oder dem zweiten elektrischen Bus „B“ verbunden. In anderen Implementierungen kann das System 500 zwei separate Batterien für den ersten elektrischen Bus „A“ und den zweiten elektrischen Bus „B“ sowie separate Generatoren der Nutzbremse enthalten, die jeweils eine der beiden Batterien speisen.
Außerdem können in weiteren Implementierungen die in 1, 2, 3, 4 und/oder 5 dargestellten elektrischen Antriebssysteme ferner eine oder mehrere Batterien enthalten, um elektrische Energie vom Generator zu speichern und diese an den elektrischen Bus zu leiten (z. B. über den Wechselrichter), damit am elektrischen Bus eine konstante Spannung, Stromstärke und/oder Leistungsstufe gewährleistet ist.
Daher beinhaltet die Erfindung unter anderem ein elektrisches Antriebssystem, das mit mindestens zwei separaten elektrischen Bussen arbeitet, die unterschiedliche Spannungen führen. Verschiedene Merkmale und Vorzüge der Erfindung sind in den nachstehenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Beansprucht wird:
Elektrisches Antriebssystem für mechanische Maschinen, das folgende Komponenten enthält: einen ersten elektrischen Bus; einen ersten Generator, der den ersten elektrischen Bus mit elektrischem Strom mit einer ersten Spannung versorgt; einen zweiten elektrischen Bus; einen zweiten Generator, der den zweiten elektrischen Bus mit einer zweiten Spannung speist, die von der ersten verschieden ist; einen ersten Elektromotor, der an den ersten elektrischen Bus angeschlossen ist, vom ersten elektrischen Bus mit elektrischer Leistung der ersten Spannung gespeist wird, wobei der erste Elektromotor mechanische Leistung für die mechanische Maschine erzeugt; und einen zweiten Elektromotor, der an den zweiten elektrischen Bus angeschlossen ist, vom zweiten elektrischen Bus mit elektrischer Leistung der zweiten Spannung gespeist wird, wobei der zweite Elektromotor mechanische Leistung für die mechanische Maschine erzeugt.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, zusätzlich umfassend einen ersten Wechselrichter, der operativ zwischen dem ersten Generator und dem ersten elektrischen Bus gekoppelt ist. Dabei wird der vom ersten Generator erzeugte elektrische Strom an den ersten elektrischen Bus mit der ersten Spannung durch den ersten Wechselrichter geleitet, der die Ausgangsleistung in Wechselstrom der ersten Spannung umwandelt und in den ersten elektrischen Bus leitet.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen zweiten Wechselrichter, der operativ zwischen dem zweiten Generator und dem zweiten elektrischen Bus gekoppelt ist. Dabei wird der vom zweiten Generator erzeugte elektrische Strom an den zweiten elektrischen Bus mit der zweiten Spannung durch den zweiten Wechselrichter geleitet, der die Ausgangsleistung in Wechselstrom der zweiten Spannung umwandelt und an den zweiten elektrischen Bus leitet.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 3, wobei der erste Wechselrichter mit einer ersten elektrischen Leistungsstufe und der zweite Wechselrichter mit einer zweiten elektrischen Leistungsstufe eingestuft ist, wobei die zweite elektrische Leistungsstufe niedriger ist als die erste elektrische Leistungsstufe.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 4, bei dem der erste Elektromotor und der erste Generator die elektrische Leistungsstufe haben, die der Leistungsstufe des ersten Wechselrichters entspricht, und bei dem der zweite Elektromotor und der zweite Generator die elektrische Leistungsstufe haben, die der Leistungsstufe des zweiten Wechselrichters entspricht.
Elektrisches Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 5, wobei der erste elektrische Bus ein Wechselstrombus und der zweite elektrische Bus ein Gleichstrombus ist und wobei der zweite Generator ein Gleichstromgenerator ist und elektrischen Strom der zweiten Spannung an den zweiten elektrischen Bus liefert, indem eine Ausgangsleistung mit Gleichstrom an den zweiten elektrischen Bus liefert.
Elektrisches Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend ein Getriebe, das operativ sowohl mit dem ersten Elektromotor als auch mit dem zweiten Elektromotor gekoppelt ist und das mit der kombinierten mechanischen Leistung des ersten und zweiten Elektromotors als Ausgangsleistung die mechanische Maschine antreibt.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 7, wobei die mechanische Maschine ein Antriebssystem für ein Fahrzeug umfasst und wobei die mechanische Ausgangsleistung des Getriebes die Antriebkraft für das Antriebssystem des Fahrzeugs bereitstellt.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei die mechanische Maschine ferner ein zweites mechanisch betriebenes Gerät umfasst und wobei die mechanische Ausgangsleistung des Getriebes für den Betrieb des zweiten mechanisch betriebenen Geräts verwendet wird.
Elektrisches Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend ein elektrisch betriebenes Gerät, das an den ersten elektrischen Bus angeschlossen ist und von diesem mit elektrischer Leistung der ersten Spannung versorgt wird.
Elektrisches Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei der erste elektrische Bus an eine zusätzliche elektrische Leistungsquelle angeschlossen ist und aus dieser mit elektrischem Strom versorgt wird.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 11, wobei die mechanische Maschine ein Antriebssystem umfasst, das Antriebskraft für den Antrieb eines Fahrzeugs liefert und wobei die zusätzliche elektrische Leistungsquelle den Generator eines Nutzbremssystems umfasst, der operativ mit dem Antriebssystem gekoppelt ist, und der beim Abbremsen des Fahrzeugs eine elektrische Ausgangsleistung generiert und wobei der Generator des Nutzbremssystems elektrischen Strom von dieser Ausgangsleistung an den ersten elektrischen Bus leitet.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 11 oder 12, ferner umfassend eine Batterie, die elektrische Energie aus mindestens einer gewählten Quelle, also aus dem Generator des Nutzbremssystems oder aus dem ersten Generator, speichert und wobei die Batterie die gespeicherte Energie an den ersten elektrischen Bus leitet.
Elektrisches Antriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei der erste Generator und der erste Motor für eine erste Leistungsstufe, wobei der zweite Generator und der zweite Motor für eine zweite Leistungsstufe ausgelegt sind, wobei die zweite Leistungsstufe niedriger ist als die erste Leistungsstufe und die zweite Spannung niedriger ist als die erste Spannung.