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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit zumindest einer ersten Energieumwandlungseinrichtung zur Umwandlung von Rotationsenergie in elektrische Energie.
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Im Bereich der Elektromobilität ist bereits eine Energieumwandlungseinrichtung in einem Elektrofahrzeug bekannt, bei welcher der Elektromotor des Elektrofahrzeugs insbesondere beim Bremsen oder Bergabrollen als Generator verwendet wird. Die Bremsenergie der Räder beim Bremsen bzw. Rotationsenergie der Räder beim Bergabrollen wird über den Antriebsstrang an den Elektromotor übertragen, welcher das Elektrofahrzeug durch Aufnahme von Bremsenergie bzw. Rotationsenergie abbremst. Die aufgenommene Energie wird in elektrische Energie umgewandelt, in der Fahrzeugbatterie gespeichert und dem Elektrofahrzeug beim Anfahren oder Beschleunigen wieder zur Verfügung gestellt. Dieses Verfahren ist unter dem Begriff Rekuperation bekannt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Elektrofahrzeug mit zumindest einer alternativen Energieumwandlungseinrichtung bereitzustellen, welche während des Fahrens und auch Beschleunigens des Elektrofahrzeugs vorhandene Formen der Energie, u.a. die Rotationsenergie des Elektrofahrzeugs, in elektrische Energie umwandeln kann und zudem als ein von einem Elektromotor separates Bauteil ausgestaltet ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst und durch die weiteren Merkmale der Unteransprüche ausgestaltet und weiterentwickelt.
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Das erfindungsgemäße Elektrofahrzeug umfasst ein Fahrgestell, welches zumindest zwei antreibbare Fahrzeugachsen und zumindest an jeder Fahrzeugachse jeweils ein angebrachtes Fahrzeugrad, ein mit den Fahrzeugachsen verbundenes Getriebe, zumindest einen mit dem Getriebe gekoppelten Elektromotor zum Übertragen eines Drehmoments auf die Fahrzeugachsen und die daran angebrachten Fahrzeugräder und eine mit dem Elektromotor gekoppelte Batterie zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischer Energie aufweist, und ferner zumindest eine erste Energieumwandlungseinrichtung zur Umwandlung von Rotationsenergie in elektrische Energie. Die zumindest eine erste Energieumwandlungseinrichtung umfasst ein zumindest einen Permanentmagneten aufweisendes Rotorelement sowie ein Gehäuse mit einer von dem Gehäuse in Umfangsrichtung umgebenen Spule mit Spulenkörper auf. Das Rotorelement ist mit einer der zwei Fahrzeugachsen fest verbunden, sodass der zumindest eine Permanentmagnet um diese Fahrzeugachse herum konzentrisch angeordnet und mit dieser zusammen drehbar ist. Das Gehäuse mit Spulenkörper und Spule umgibt das den zumindest einen Permanentmagneten aufweisende Rotorelement in Umfangsrichtung berührungslos und ist nicht drehbar mit dem Fahrgestell des Elektrofahrzeugs verbunden. Die zumindest eine erste Energieumwandlungseinrichtung ist dazu ausgebildet, während des Fahrens des Elektrofahrzeugs aus der Energie der Drehbewegung des zumindest einen Permanentmagneten aufweisenden Rotorelements durch Induktion einer Spannung in der Spule einen elektrischen Strom zu erzeugen.
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Somit kann auch beim Beschleunigen des Elektrofahrzeugs Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. Die erste Energieumwandlungseinrichtung ist zudem als separates Bauteil ausgestaltet, welches auf einfache Weise an die Fahrzeugachse montierbar und bei technischen Defekten austauschbar ist.
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Vorzugsweise ist bei der ersten Energieumwandlungseinrichtung zwischen Permanentmagnet und Gehäuse mit Spulenkörper und Spule ein Luftspalt vorgesehen, sodass das Gehäuse durch diesen Luftspalt von dem zumindest einen Permanentmagneten beabstandet ist. Der vorgesehene Luftspalt verringert bzw. verhindert sogar Reibungsverluste, die bei einem Anliegen des Gehäuses an den zumindest einen Permanentmagneten in Umfangsrichtung auftreten.
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In einer Weiterentwicklung können auf den Fahrzeugachsen jeweils auch mindestens zwei erste Energieumwandlungseinrichtungen voneinander beabstandet nebeneinander angebracht sein. Fällt eine der mindestens zwei ersten Energieumwandlungseinrichtungen aus bzw. ist defekt, so kann die mindestens eine zusätzliche erste Energieumwandlungseinrichtung auch weiterhin für eine Umwandlung der kinetischen Energie aus der Drehbewegung des zumindest einen Permanentmagneten in elektrischen Strom sorgen.
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In einer Weiterentwicklung weist das Elektrofahrzeug eine zweite Energieumwandlungseinrichtung auf. Diese zweite Energieumwandlungseinrichtung umfasst zumindest eine Windkraftanlage, welche während des Fahrens des Elektrofahrzeugs in den Fahrtwind positionierbar ist und zum Erzeugen von Strom aus Fahrtwind und Wind ausgebildet ist. Somit kann bei Bedarf auch zusätzlich zu der ersten Energieumwandlungseinrichtung mit der zweiten Energieumwandlungseinrichtung elektrischer Strom aus einer unterschiedlichen Energiequelle, nämlich der Energie des Fahrtwinds und der Windenergie, erzeugt werden. Insbesondere kann die zweite Energieumwandlungseinrichtung eine solche Windkraftanlage sein.
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Die zumindest eine Windkraftanlage der zweiten Energieumwandlungseinrichtung kann in einer Ausführungsform ein in den Fahrtwind und/oder in den Wind bzw. aus dem Fahrtwind und/oder aus dem Wind bewegbares Windrad sein. Dieses Windrad kann manuell oder automatisch ausklappbar bzw. einklappbar oder auch automatisch ausfahrbar bzw. einfahrbar sein. Befindet sich das Elektrofahrzeug im Freien im Stillstand, beispielsweise an einer roten Ampel, im Stau oder geparkt, so kann das Windrad durch aufkommenden Wind angetrieben werden und somit auch während des Stillstands des Elektrofahrzeugs elektrischen Strom aus nicht vom Fahrtwind stammender, externer Windenergie erzeugen.
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Denkbar ist auch, dass das Elektrofahrzeug mehr als eine zweite Energieumwandlungseinrichtung, insbesondere mehr als ein Windrad, aufweist. Jedoch muss beachtet werden, dass die Windräder stets derart an dem Elektroauto angebracht sind, dass sie einem möglichst geringen Windwiderstand ausgesetzt sind. Auch kommt es sowohl im Hinblick auf die Energiegewinnung durch entsprechende Windräder als auch im Hinblick auf die Stabilität von deren Anordnung bei Sturm auch auf ein entsprechendes Design des jeweiligen Windrads sowie auf eine geeignete Wahl der Materialen an, aus denen das Windrad hergestellt ist.
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Die zumindest eine Windkraftanlage kann bei einem Elektroauto z.B. im Bereich der Frontschürze, des Motorraums oder auf der Motorhaube, bei einem Elektrofahrrad z.B. an Steuerrohr, Unterrohr oder Sitz- bzw. Sattelrohr und bei einem Elektromotorrad z.B. an der Vorderrad- und/oder Hinterradaufhängung angeordnet sein. Dabei sollte die Position der zumindest einen Windkraftanlage so gewählt werden, dass einerseits die durch den erhöhten Windwiderstand infolge der Windkraftanlage entstehenden Verluste minimiert werden und andererseits der Fahrtwind und möglichst auch aufkommender Wind bestmöglich zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden können.
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Eine Weiterentwicklung sieht vor, dass jeder Energieumwandlungseinrichtung, d.h. insbesondere die erste Energieumwandlungseinrichtung und, falls vorhanden, die zweite Energieumwandlungseinrichtung jeweils mit der mit dem Elektromotor gekoppelten Batterie des Elektrofahrzeugs elektrisch gekoppelt sind, wobei die Batterie durch den von jeder Energieumwandlungseinrichtung erzeugten elektrischen Strom teilweise wieder aufladbar ist. So kann der erzeugte elektrische Strom in die Batterie übertragen werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Elektrofahrzeug eine weitere Batterie aufweist, welche beispielsweise Strom für die Beleuchtung des Elektrofahrzeugs oder auch zur Versorgung einer Steckdose, z.B. zum Laden eines Mobiltelefons, zur Verfügung stellt. Diese weitere Batterie kann ergänzend oder alternativ an die erste Energieumwandlungseinrichtung und, falls vorhanden, an die zweite Energieumwandlungseinrichtung elektrisch gekoppelt sein und in diese weitere Batterie kann der von der ersten und gegebenenfalls der zweiten Energieumwandlungseinrichtung erzeugte elektrische Strom eingespeist werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen davon sowie der dazugehörigen Figuren deutlich.
- 1: zeigt eine skizzenhafte Draufsicht von oben auf ein Fahrgestell eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs,
- 2: zeigt eine Schnittansicht D-D durch eine erste Energiewandlungseinrichtung des erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs aus 1,
- 3: zeigt eine Schnittansicht A-A durch eine Fahrzeugachse des erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs aus 1.
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1 stellt eine Draufsicht auf ein Fahrgestell 1 einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektrofahrzeugs dar. Das in 1 dargestellte Elektrofahrzeug ist beispielhaft als Elektroauto ausgebildet und hat somit zwei Fahrzeugachsen 2, an deren Enden jeweils ein Fahrzeugrad 3 angebracht ist. Zudem umfasst das Elektroauto ein mit den Fahrzeugachsen verbundenes Getriebe, zumindest einen mit dem Getriebe gekoppelten Elektromotor zum Übertragen eines Drehmoments auf die beiden Fahrzeugachsen 2 und die daran angebrachten Fahrzeugräder 3 und eine mit dem Elektromotor gekoppelte Batterie zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischer Energie, wobei das Getriebe, der Elektromotor und die Batterie aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in 1 gezeigt sind. Es sei darauf hingewiesen, dass Getriebe zusätzlich auch mit einem Verbrennungsmotor gekoppelt sein kann. Das gezeigte Elektroauto weist ferner pro Fahrzeugachse 2 jeweils beispielhaft zwei an der jeweiligen Fahrzeugachse 2 angeordnete erste Energieumwandlungseinrichtungen 7 auf. Denkbar wäre jedoch auch jeweils eine erste Energieumwandlungseinrichtung 7 oder auch mehr als zwei erste Energieumwandlungseinrichtungen 7 pro Fahrzeugachse 2.
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Die in 2 in einer Querschnittsansicht D-D gemäß 1 durch eine Fahrzeugachse 2 dargestellte erste Energieumwandlungseinrichtung 7 umfasst jeweils ein zumindest einen Permanentmagneten 8 aufweisendes Rotorelement, welches mit der jeweiligen Fahrzeugachse 2 fest verbunden ist, sodass der zumindest eine Permanentmagnet 8 um diese Fahrzeugachse 2 herum konzentrisch angeordnet und mit dieser zusammen drehbar ist. In den 1-3 umfasst das Rotorelement beispielhaft drei konzentrisch um die Fahrzeugachse 2 angeordnete Permanentmagneten 8 und somit sechs Magnetpole, wie aus der in 2 dargestellten Schnittansicht D-D hervorgeht. Wie in 2 zu sehen, sind die Permanentmagnete 8 allesamt fest mit der Fahrzeugachse 2 verbunden und rotieren somit bei einem Antrieb der Fahrzeugachsen 2 mit den Fahrzeugachsen 2 mit. Weiterhin umfasst die erste Energieumwandlungseinrichtung 7 jeweils ein Gehäuse 9 mit einer von dem Gehäuse 9 in Umfangsrichtung umgebenen Spule 10 mit einem Spulenkörper 11, wobei der Spulenkörper in 1-3 beispielhaft ein Eisenkörper ist. Das Gehäuse 9 mit darin angeordneter Spule 10 und Spulenkörper 11 umgibt das Rotorelement und somit die Permanentmagneten 8 in Umfangsrichtung berührungslos und ist nicht drehbar mit dem Fahrgestell 1 verbunden (in den 1-3 nicht erkennbar), sodass es folglich nicht zusammen mit der Fahrzeugachse 2 rotiert. Damit das Gehäuse 9 mit Spule 10 und Spulenkörper 11 das Rotorelement berührungslos umgeben kann, ist in dem in 1-3 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Luftspalt 12 zwischen Rotorelement bzw. den Permanentmagneten 8 und dem Gehäuse 9 mit Spule 10 und Spulenkörper 11 vorgesehen.
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3 zeigt einen Längsschnitt A-A gemäß 1 durch eine Fahrzeugachse 2 des Elektroautos. An jedem Ende der gezeigten Fahrzeugachse 2 ist ein Fahrzeugrad 3 montiert. Zudem sind zwei erste Energieumwandlungseinrichtungen 7 an die Fahrzeugachse 2 gekoppelt. Jede erste Energieumwandlungseinrichtung 7 umfasst ein Rotorelement, welches in den 1-3 beispielhaft aus drei konzentrisch um die Fahrzeugachse 2 herum angeordneten Permanentmagneten 8 besteht. Wie im Hinblick auf 2 bereits beschrieben, umfasst die erste Energieumwandlungseinrichtung 7 jeweils ein Gehäuse 9 mit einer von dem Gehäuse 9 in Umfangsrichtung umgebenen Spule 10 mit einem Spulenkörper 11, wobei das Gehäuse 9 mit Spule 10 und Spulenkörper um das Rotorelement herum konzentrisch angeordnet ist, von diesem jedoch in radialer Richtung durch einen Luftspalt 12 beabstandet ist, nicht drehbar gelagert und mit dem Fahrgestell 1 verbunden ist.
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Werden die Fahrzeugachsen 2 des Elektroautos durch eine über angetrieben, so rotiert das Rotorelement und damit die Permanentmagnete 8 mit den Fahrzeugachsen 2 mit, während die in dem Gehäuse 9 angeordnete Spule 10 der jeweiligen ersten Energieumwandlungseinrichtung 7 keine Rotation erfährt. Wenn sich die Magnetpole des Rotorelements an den Wicklungen der Spule 10 vorbeibewegen, induzieren sie in den Wicklungen der Spule 10 eine Spannung, welche über Anschlüsse abgegriffen werden kann. Insbesondere ist die erste Energieumwandlungseinrichtung 7 vorteilhafterweise elektrisch mit der Batterie des Elektroautos gekoppelt, sodass die in der Spule 10 induzierte Spannung der Batterie zugeführt werden kann.
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Eine in den Figuren jedoch nicht dargestellte Weiterentwicklung sieht vor, eine zweite Energieumwandlungseinrichtung, welche zumindest eine Windkraftanlage umfasst, in dem Elektroauto vorzusehen. Während des Fahrens des Elektroautos ist diese Windkraftanlage in den Fahrtwind positionierbar und kann aus dem Fahrtwind und aus Wind als externer Energiequelle unter Ausnutzung des Generatorprinzips elektrischen Strom produzieren. Insbesondere kann diese Windkraftanlage als Windrad ausgestaltet sein, welches in den Fahrtwind und/oder in den Wind bzw. aus dem Fahrtwind und/oder aus dem Wind bewegbar, insbesondere manuell oder automatisch aus- bzw. einklappbar oder automatisch aus- bzw. einfahrbar ist. Bei einem Elektroauto kann das Windrad z.B. im Bereich der Frontschürze, des Motorraums oder auf der Motorhaube angeordnet sein.
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Denkbar ist auch, dass das Elektroauto mehr als eine zweite Energieumwandlungseinrichtung, insbesondere mehr als ein Windrad, aufweist. Jedoch muss beachtet werden, dass die Windräder derart an dem Elektroauto angebracht sind, dass sie einem möglichst geringen Windwiderstand ausgesetzt sind. Auch kommt es sowohl im Hinblick auf die Energiegewinnung durch entsprechende Windräder als auch im Hinblick auf die Stabilität der Anordnung bei Sturm auch auf ein entsprechendes Design des jeweiligen Windrads sowie auf eine geeignete Wahl der Materialen an, aus denen das Windrad hergestellt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrgestell
- 2
- Fahrzeugachse
- 3
- Fahrzeugrad
- 7
- erste Energieumwandlungseinrichtung
- 8
- Permanentmagnet
- 9
- Gehäuse
- 10
- Spule
- 11
- Spulenkörper
- 12
- Luftspalt
