DE112006003153T5 - Elektrisches Antriebssystem mit mehreren Motoren - Google Patents

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DE112006003153T5
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drive
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Michael G. Peoria Cronin
Stephen C. Princeville Garnett
Trevor N. Peoria Iund
Roy A. Canton Wookey
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Abstract

Elektrisches Antriebssystem (26), welche Folgendes aufweist:
ein erstes Ausgangsglied (34);
ein zweites Ausgangsglied (36);
eine Antriebswelle (31) mit einer Drehachse;
eine Vielzahl von Elektromotoren (28a, 28b, 28c), die benachbart zur Antriebswelle angeordnet sind, wobei jeder der Vielzahl von Elektromotoren eine Ausgangswelle (29a, 29b, 29c) in treibendem Eingriff mit der Antriebswelle und im Wesentlichen parallel dazu hat;
ein Differenzlenksystem (40), welches betriebsmäßig zwischen der Antriebswelle und den ersten und zweiten Ausgangsgliedern angeordnet ist, sodass die Antriebswelle Drehmoment von den Elektromotoren zu dem Differenzlenksystem liefert, wobei das Differenzlenksystem eine erste Planetengetriebenanordnung (42) aufweist, die betriebsmäßig zwischen der Antriebswelle und dem ersten Ausgangsglied in Eingriff ist, und die betriebsmäßig zwischen der Antriebswelle und dem zweiten Ausgangsglied in Eingriff ist, wobei die erste Planetengetriebenanordnung eine Drehachse hat, die im Wesentlichen mit der Drehachse der Antriebswelle ausgerichtet ist; und
einen Lenkmotor (70), der betriebsmäßig mit dem Differenzlenksystem in Eingriff...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung ist auf ein elektrisches Antriebssystem gerichtet und insbesondere auf ein elektrisches Antriebssystem mit mehreren Motoren.
  • Hintergrund
  • Ein elektrischer Antrieb kann als eine Quelle der Antriebsleistung in einem Fahrzeug verwendet werden, wie beispielsweise bei einer Geländearbeitsmaschine, bei einem Straßenlastwagen oder einem Automobil. Ein elektrischer Antrieb kann die Antriebsleistung unterstützen, die von einem Verbrennungsmotor geliefert wird, oder der elektrische Antrieb kann die gesamte Antriebsleistung für das Fahrzeug liefern. Die Verwendung eines elektrischen Antriebs, um den Verbrennungsmotor zu unterstützen oder zu ersetzen, kann die Emissionen verringern, die während des Betriebs des Fahrzeugs erzeugt werden. Zusätzlich kann der elektrische Antrieb den Brennstoffwirkungsgrad des Fahrzeugs steigern.
  • Ein elektrischer Antrieb weist typischerweise eine Quelle für elektrische Leistung auf, und einen Elektromotor, der mit einer oder mehreren mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen an dem Fahrzeug verbunden ist. Die Quelle für elektrische Leistung, die beispielsweise eine Batterie oder ein (Verbrennungs)Motor sein kann, liefert die Leistung, die verwendet wird, um den Elektromotor zu betreiben, um ein Ausgangsdrehmoment zu erzeugen. Das Ausgangsdrehmoment wird an die mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen an dem Fahrzeug übertragen, um dadurch das Fahrzeug anzutreiben.
  • Einige Fahrzeuge, wie beispielsweise Raupenarbeitsmaschinen, können ein Differenzlenksystem aufweisen, welches zwischen dem Elektromotor und den mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen an dem Fahrzeug angeordnet ist. Ein Differenzlenksystem kann ein oder mehrere Planetengetriebenanordnungen und einen Lenkmotor aufweisen. Das Differenzlenksystem (Panzerlenksystem) ist be betreibbar, um die relativen Drehzahlen der mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen zu verändern, um dadurch die Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu verändern. Wenn eine mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung auf einer Seite des Fahrzeugs mit einer langsameren Drehzahl angetrieben wird als eine mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung auf der anderen Seite des Fahrzeugs, wird das Fahrzeug dazu tendieren, sich zu der sich langsamer bewegenden mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung hin zu drehen.
  • In einem typischen elektrischen Antrieb, wie beispielsweise dem elektrischen Antrieb, der im US-Patent Nr. 6,024,182 von Hamada u. a. beschrieben wird, wird das Ausgangsdrehmoment eines Elektromotors von dem Elektromotor zu einem Differentialsystem durch ein Getriebeübertragungssystem übertragen, welches beispielsweise eine Kegelradanordnung oder Stirnradanordnung aufweisen kann. Mehrere Antriebsmotoren können vorgesehen sein, um individuell gegenüberliegende mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtungen anzutreiben. Jedoch ist die Anwendung einer Kegelrad- oder Stirnradanordnung ein ineffizientes Verfahren zur Übertragung des Drehmomentes der einzelnen Motoren an die mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen. Ein Teil des Drehmomentes, welches von dem Elektromotor erzeugt wird, kann bei der Drehmomentübertragung verloren gehen, und eine Anordnung mit mehreren Motoren ist bezüglich des Raums nicht effizient. Die Getriebe- bzw. Übertragungsverluste verringern den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs und den Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs. Zusätzlich sind Raumanforderungen für einzelne Motoren und Antriebe hoch.
  • Das offenbarte elektrische Antriebssystem löst ein oder mehrere der oben dargelegten Probleme.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Aspekt des offenbarten Systems ist auf ein elektrisches Antriebssystem gerichtet, welches ein erstes Ausgangsglied, ein zweites Ausgangsglied und eine Antriebswelle mit einer Drehachse aufweist. Eine Vielzahl von Elektromotoren ist benachbart zur Antriebswelle angeordnet. Jeder Elektromotor weist eine Aus gangswelle in treibenden Eingriff mit der Antriebswelle und im Wesentlichen parallel dazu auf. Ein Differenzlenksystem ist betriebsmäßig zwischen der Antriebswelle und den ersten und zweiten Ausgangsgliedern angeordnet, sodass die Antriebswelle Drehmoment von den Elektromotoren zu dem Differenzlenksystem leitet. Das Differenzlenksystem weist eine erste Planetengetriebenanordnung auf, die betriebsmäßig zwischen der Antriebswelle und dem ersten Ausgangsglied in Eingriff ist und betriebsmäßig zwischen der Antriebswelle und dem zweiten Ausgangsglied in Eingriff ist. Die erste Planetengetriebenanordnung hat eine Drehachse, die im Wesentlichen mit der Drehachse der Antriebswelle ausgerichtet ist. Ein Lenkmotor ist betriebsmäßig mit dem Differenzlenksystem in Eingriff und ist betreibbar, um gleichzeitig die Relativdrehzahl der ersten und zweiten Ausgangsglieder einzustellen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Antriebssystems eines Fahrzeugs offenbart. Ein erster Elektromotor mit einer ersten Ausgangswelle benachbart zu einer Antriebswelle ist mit der ersten Ausgangswelle parallel zur Achse der Antriebswelle angeordnet. Ein zweiter Elektromotor mit einer zweiten Ausgangswelle benachbart zur Antriebswelle ist mit der zweiten Ausgangswelle parallel zur Achse der Antriebswelle angeordnet. Ein Zahnrad ist an jeder der ersten und zweiten Ausgangswellen angeordnet. Ein Zahnrad ist in der Antriebswelle in treibendem Eingriff mit den Zahnrädern auf jeder der ersten und zweiten Ausgangswellen angeordnet. Erste und zweite Ausgangsglieder sind an dem Fahrzeug angeordnet. Ein Differenzlenksystem ist in treibendem Eingriff zwischen der Antriebswelle und den ersten und zweiten Ausgangsgliedern angeordnet. Die ersten und zweiten Elektromotoren werden angetrieben, um das Zahnrad auf jeder der ersten und zweiten Ausgangswellen in der gleichen Drehrichtung zu drehen, um dadurch das Zahnrad auf der Antriebswelle anzutreiben und dadurch die ersten und zweiten Ausgangsglieder anzutreiben.
  • Es sei bemerkt, dass sowohl die vorangegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erklärend sind und nicht die Erfindung einschränken, wie sie beansprucht wird.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische und diagrammartige Darstellung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 2 ist eine diagrammartige Veranschaulichung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels, welche drei Elektromotoren zeigt, die um eine Antriebswelle herum angeordnet sind.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Nun wird im Detail auf ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, welches in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist.
  • Wie schematisch und diagrammartig in 1 veranschaulicht, kann ein Fahrzeug 20 ein elektrisches Antriebssystem 26 aufweisen. Das elektrische Antriebssystem 26 kann betriebsmäßig mit einer ersten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 22 und mit einer zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 24 in Eingriff sein. Die ersten und zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen 22 und 24 können beispielsweise Ketten, Raupen, Räder oder irgendeine andere mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung sein, die dem Fachmann leicht offensichtlich ist.
  • Wie am Besten in 2 gezeigt, weist das elektrische Antriebssystem 26 ein Gehäuse 38 und Elektromotoren 28a, 28b und 28c mit Ausgangswellen 29a bzw. 29b bzw. 29c auf. Auf jeder Ausgangswelle 29a, 29b und 29c ist ein Stirnrad 30a, 30b und 30c montiert. Die drei Stirnräder 30a, 30b und 30c können mit einem größeren Stirnrad 33 in Eingriff stehen, welches an einer Antriebswelle 31 montiert ist. Somit können die drei Stirnräder 30a, 30b und 30c kleiner sein als das Stirnrad 33 auf der Antriebswelle 31. Die drei Elektromotoren 28a, 28b und 28c können so angeordnet sein, dass die Ausgangswellen 29a, 29b und 29c voneinander um die Achse der Antriebswelle 31 entweder gleichmäßig beabstandet oder ungleichmäßig beabstandet sind.
  • Das Fahrzeug 20 kann eine (nicht gezeigte) elektrische Leistungsquelle aufweisen, die beispielsweise eine Batterie oder ein Motor, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor, mit einem Generator sein kann. Ansprechend auf das Anlegen von elektrischer Leistung üben die Elektromotoren 28a, 28b und 28c ein Drehmoment auf die Antriebswelle 31 aus, und zwar durch die dazwischen liegenden Stirnräder 30a, 30b, 30c und 33. Die Größe und die Richtung des ausgeübten Drehmomentes hängt von der Größe und von der Polarität der elektrischen Leistung ab, die an die Elektromotoren 28a, 28b und 28c angelegt wird.
  • Ansprechend auf das angelegte Drehmoment kann die Antriebswelle 31 beginnen sich zu drehen. Wie in 1 gezeigt, ist die Antriebswelle 31 konfiguriert, um sich um eine Drehachse zu drehen, die mit einer Referenzachse 32 ausgerichtet ist. Die Drehzahl, mit der sich die Antriebswelle 31 dreht, hängt von verschiedenen Faktoren ab, die beispielsweise die Größe des Drehmomentes mit einschließen, welches von den Elektromotoren 28a, 28b und 28c ausgeübt wird und die Last auf der Antriebswelle 31.
  • Mit Bezug auf 1 weist das elektrische Antriebssystem 26 auch ein Differenzlenksystem 40, ein erstes Ausgangsglied 34 und zweites Ausgangsglied 36 auf. Das erste Ausgangsglied 34 ist betriebsmäßig mit der ersten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 22 verbunden. Das zweite Ausgangsglied 36 ist betriebsmäßig mit der zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 24 verbunden.
  • In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann das elektrische Antriebssystem 26 ein erstes Kettenrad 66 und ein zweites Kettenrad 68 aufweisen. Das erste Kettenrad 66 kann mit dem ersten Ausgangsglied 34 verbunden sein und konfiguriert sein, um mit der ersten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 22 in Eingriff zu kommen. Das zweite Kettenrad 68 kann mit dem zweiten Ausgangsglied 36 verbunden sein und konfiguriert sein, um mit der zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 24 in Eingriff zu kommen. Die ersten und zweiten Kettenräder 66 und 68 treiben erste und zweite mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtungen 22 und 24 ansprechend auf die Drehung der ersten und zweiten Ausgangsglieder 34 und 36 an.
  • In dem in 1 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsbeispiel weist das Differenzlenksystem 40 eine erste Planetengetriebenanordnung 42, eine zweite Planetengetriebenanordnung 44 und eine dritte Planetengetriebenanordnung 46 auf. Ein Fachmann wird erkennen, dass das Differenzlenksystem 40 eine Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen haben kann und eine größere oder eine geringere Anzahl von Planetengetriebenanordnungen aufweisen kann.
  • Jede der ersten, zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 42, 44 und 46 weist ein Sonnenrad, einen Planetenradsatz und ein Hohlrad auf. Somit weist die erste Planetengetriebenanordnung 42 ein Sonnenrad 50a, einen Planetengetriebesatz 52a und ein Hohlrad 54a auf. In ähnlicher Weise weist die zweite Planetengetriebenanordnung 44 das Sonnenrad 50b, den Planetengetriebesatz 52b und das Hohlrad 54b auf. Genauso weist die dritte Planetengetriebenanordnung 46 ein Sonnenrad 50c, einen Planetengetriebesatz 52c und ein Hohlrad 54c auf. Jedes Sonnenrad 50a, 50b, 50c ist konfiguriert, um sich um eine Achse zu drehen und mit dem jeweiligen Planetengetriebesatz 52a, 52b, 52c in Eingriff zu kommen. Der Planetengetriebesatz 52a, 52b, 52c läuft um das Sonnenrad 50a, 50b, 50c und steht in Eingriff mit dem jeweiligen Hohlrad 54a, 54b, 54c. Jedes Hohlrad 54a, 54b, 54c kann konfiguriert sein, um sich um die Drehachse des Sonnenrades 50a, 50b, 50c zu drehen oder jedes Hohlrad 54a, 54b, 54c kann relativ zum Gehäuse 38 festgelegt sein, um zu verhindern, dass sich das Hohlrad 54a, 54b, 54c dreht.
  • Wie in 1 gezeigt, ist die Drehachse von jeder der ersten, zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 42, 44 und 46 im Wesentlichen mit der Referenzachse 32 ausgerichtet. Zusätzlich ist die Drehachse von jedem Sonnenrad 50a, 50b, 50c und von jedem Planetengetriebesatz 52a, 52b, 52c von jeder der ersten, zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 42, 44 und 46 im Wesentlichen mit der Referenzachse 32 ausgerichtet. Somit ist die Drehachse von jeder der ersten, zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 42, 44 und 46 im Wesentlichen mit der Drehachse der Antriebswelle 31 ausgerichtet.
  • Wie der Fachmann erkennen wird, nimmt eine Planetengetriebenanordnung eine Eingangsdrehung mit einer ersten Drehzahl auf und erzeugt eine entsprechende Ausgangsdrehung mit einer zweiten Drehzahl. Die Veränderung der Drehzahl zwischen dem Eingang und dem Ausgang hängt von der Anzahl der Zähne des Sonnenrades 50a, 50b, 50c, des Planetengetriebesatzes 52a, 52b, 52c und des Hohlrades 54a, 54b, 54c ab. Die Veränderung der Drehzahl hängt auch von den Zahnrädern ab, die verwendet werden, um die Eingangsdrehung aufzunehmen, und von dem Zahnrad, welches ausgewählt ist, um die Ausgangsdrehung zu liefern.
  • Die Eingangsdrehung kann an eine Planetengetriebenanordnung durch ein oder zwei der Sonnenräder 50a, 50b, 50c, der Planetengetriebesätze 52a, 52b, 52c und der Hohlräder 54a, 54b, 54c geliefert werden. Wenn nur eines der Sonnenräder 50a, 50b, 50c, der Planetengetriebesätze 52a, 52b, 52c und der Hohlräder 54a, 54b, 54c die Eingangsdrehung aufnimmt, dann kann das andere Teil, das Sonnenrad 50a, 50b, 50c, der Planetengetriebesatz 52a, 52b, 52c und das Hohlrad 54a, 54b, 54c am Gehäuse 38 festgelegt sein. Die ausgegebene Drehung wird in dem restlichen Teil, d. h. im Sonnenrad 50a, 50b, 50c, im Planetengetriebesatz 52a, 52b, 52c oder im Hohlrad 54a, 54b, 54c erzeugt.
  • Wie gezeigt ist die Antriebswelle 31 in geeigneter Weise mit dem Planetengetriebesatz 52a der ersten Planetengetriebenanordnung 42 verbunden. Wie in 1 gezeigt, ist die erste Planetengetriebenanordnung 42 sowohl mit der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 als auch mit der dritten Planetengetriebenanordnung 46 verbunden. Das Hohlrad 54a der ersten Planetengetriebenanordnung 42 ist mit dem Planetengetriebesatz 52b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 verbunden. Ein Reaktionsglied bzw. Übertragungsglied 56 verbindet das Sonnenrad 50a der ersten Planetengetriebenanordnung 42 mit dem Sonnenrad 50b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 und dem Sonnenrad 50c der dritten Planetengetriebenanordnung 46. Wie gezeigt, kann die Antriebswelle 31 hohl sein und eine Öffnung aufweisen, durch die sich das Reaktions- bzw. Übertragungsglied 56 erstreckt. In dieser Weise kann die Drehachse des Reaktionsgliedes 56 auch im Wesentlichen mit der Referenzachse 32 ausgerichtet sein.
  • Die erste Planetengetriebenanordnung 42 sieht eine Eingangsdrehung sowohl in die zweite Planetengetriebenanordnung 44 als auch in die dritte Planetengetriebenanordnung 46 vor. Eine Drehung des Planetengetriebesatzes 52a der ersten Planetengetriebenanordnung 42 bewirkt eine entsprechende Drehung des assoziierten Sonnenrades 50a und des Reaktionsgliedes 56. Die Drehung des Reaktionsgliedes 56 liefert eine Eingangsdrehung in das Sonnenrad 50b, 50c von sowohl den zweiten als auch dritten Planetengetriebenanordnungen 44 und 46.
  • Die Drehung der Sonnenräder 50b, 50c der zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 44 und 46 bewirkt, dass die Planetengetriebesätze 52b, 52c um die Sonnenräder 50b, 50c umlaufen. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die ersten, zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 42, 44 und 46 so konfiguriert, dass, wenn die Hohlräder 54b, 54c der zweiten und dritten Planetengetriebenanordnung 44 und 46 stationär gehalten werden, die Planetengetriebesätze 52b, 52c um die Sonnenräder 50b, 50c mit der gleichen Drehzahl umlaufen werden. Der Fachmann wird erkennen, dass die Planetengetriebenanordnungen 42, 44 und 46 eine Vielzahl von Getriebereduktionsverhältnissen haben werden, und zwar abhängig von den erwarteten Betriebsbedingungen des Fahrzeugs 20.
  • Die Drehzahl der Planetengetriebesätze 52b, 52c der zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 44 und 46 liefern die Ausgangsdrehung der zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 44 und 46. Die Drehzahl des Planetengetriebesatzes 52b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 wird zum ersten Ausgangsglied 34 übertragen, um dadurch die erste mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 22 mit einer entsprechenden Drehzahl anzutreiben. Die Drehzahl des Planetengetriebesatzes 52c der dritten Planetengetriebenanordnung 46 wird auf das zweite Ausgangsglied 36 übertragen, um dadurch die zweite mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 24 mit einer entsprechenden Drehzahl anzutreiben.
  • Die Drehzahl der Planetengetriebesätze 52b, 52c der zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 44 und 46 können durch Vorsehen einer zusätzlichen Eingangsgröße in eines der Hohlräder 54b, 54c oder in beide in den zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 44 und 46 verändert werden. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Hohlrad 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 konfiguriert, um sich um die Referenzachse 32 zu drehen, während das Hohlrad 54c der dritten Planetengetriebenanordnung 46 am Gehäuse 38 festgelegt ist. Alternativ kann das Hohlrad 54c der dritten Planetengetriebenanordnung 46 konfiguriert sein, um sich um die Referenzachse 32 zu drehen und das Hohlrad 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 kann am Gehäuse 38 festgelegt sein, oder beide Hohlräder 54b, 54c können konfiguriert sein, um sich um die Referenzachse 32 zu drehen.
  • Wie in 1 veranschaulicht, kann das Fahrzeug 20 auch einen Lenkmotor 70 aufweisen, der eine zusätzliche Eingangsgröße in das Differenzlenksystem 40 liefert. Der Lenkmotor 70 ist betreibbar, um eine Ausgangswelle 72 zu drehen. Der Lenkmotor 70 kann beispielsweise ein Elektromotor oder ein Hydraulikmotor sein.
  • In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Ausgangswelle 72 mit dem Hohlrad 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 durch einen Satz von Transfer- bzw. Übertragungsrädern 74 und ein Eingriffsrad 76 verbunden. Die Drehung der Ausgangswelle 72 in einer ersten Richtung wird bewirken, dass das Hohlrad 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 sich in einer ersten Richtung dreht. Die Drehung der Ausgangswelle 72 in einer zweiten Richtung wird bewirken, dass das Hohlrad 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 sich in der entgegengesetzten Richtung dreht.
  • Der Betrieb des Lenkmotors 70 kann durch ein Eingangssignal S1 geregelt werden. Das Eingangssignal S1 kann durch eine (nicht gezeigte) Steuerung ansprechend auf eine Anweisung von einem Bediener erzeugt werden, um das Fahrzeug in einer gewissen Richtung mit einem gewissen Lenkradius zu drehen. Die Steue rung kann den Lenkmotor 70 steuern, um eine erwünschte Richtung und Drehzahl der Drehung der Antriebswelle 31 zu erzeugen.
  • Wie ebenfalls in 1 veranschaulicht, kann eine erste Bremse 58 konfiguriert sein, um mit dem ersten Ausgangsglied 34 in Eingriff zu kommen, und eine zweite Bremse 60 kann konfiguriert sein, um mit dem zweiten Ausgangsglied 36 in Eingriff zu kommen. Die ersten und zweiten Bremsen 58 und 60 können betrieben werden, um die Drehzahl der ersten und zweiten Ausgangsglieder 34 bzw. 36 zu verringern. Die ersten und zweiten Bremsen 58 und 60 können daher betrieben werden, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 20 zu verringern. Zusätzlich können die ersten und zweiten Bremsen 58 und 60 mit den ersten und zweiten Ausgangsgliedern 34 bzw. 36 in Eingriff gebracht werden, wenn das Fahrzeug 20 stationär ist, um dadurch zu verhindern, dass sich das Fahrzeug 20 bewegt.
  • Wie weiter in 1 gezeigt, kann ein erster Endantrieb 62 zwischen dem ersten Ausgangsglied 34 und dem ersten Kettenrad 66 angeordnet sein, und ein zweiter Endantrieb 64 kann zwischen dem zweiten Ausgangsglied 36 und dem zweiten Kettenrad 68 angeordnet sein. Jeder Endantrieb 62 und 64 kann eine Planetengetriebenanordnung aufweisen, die ein Sonnenrad 50d, 50e, einen Planetengetriebesatz 52d, 52e und ein Hohlrad 54d, 54e aufweist. Das erste Ausgangsglied 34 kann in geeigneter Weise treibend mit der Planetengetriebenanordnung im ersten Endantrieb 62 durch eine Stirnradanordnung 90 mit Zahnrädern 78 und 80 verbunden sein. Das zweite Ausgangsglied 36 kann in geeigneter Weise treibend mit der Planetengetriebenanordnung im zweiten Endantrieb 64 durch eine Stirnradanordnung 92 mit Zahnrädern 82 und 84 verbunden sein. Der erste Endantrieb 62 kann eine Antriebsachse 86 haben, die von der Referenzachse 32 versetzt ist, welche die Drehachse der Antriebswelle 31 ist. In gleicher Weise kann der zweite Endantrieb 64 eine Antriebsachse 88 haben, die von der Referenzachse 32 versetzt ist, die die Drehachse der Antriebswelle 31 ist.
  • Jeder Endantrieb 62 und 64 kann eine Zahnrad- bzw. Getriebereduktion zwischen den ersten und zweiten Ausgangsgliedern 34 und 36 und den ersten und zweiten Kettenrädern 66 und 68 vorsehen. Es kann beispielsweise die Getriebereduktion der ersten und zweiten Endantriebe 62 und 64 5:1 sein. Der Fachmann wird erkennen, dass die Endantriebe 62 und 64 irgendeine Getriebereduktion vorsehen können, um die betrieblichen Anforderungen des Fahrzeugs 20 zu erfüllen.
  • Im Betrieb des elektrischen Antriebssystems für ein Fahrzeug 20 können die Elektromotoren 28a, 28b und 28c mit ihren jeweiligen Ausgangswellen 29a, 29b und 29c parallel zur Antriebswelle 31 angeordnet sein. Die Stirnräder 30a, 30b und 30c können in der gleichen Drehrichtung angetrieben werden, um dadurch das Stirnrad 33 anzutreiben. Das Stirnrad 33 kann dann eine Drehung der Antriebswelle 31 bewirken. Das Differenzlenksystem 40 kann in treibendem Eingriff mit der Antriebswelle 31 und den ersten und zweiten Ausgangsgliedern 34, 36 angeordnet sein. Die Ausgangsglieder 34, 36 können wiederum die mit dem Boden in Eingriff stehenden Glieder 22, 24 durch die jeweiligen Endantriebe 62, 64 antreiben. Die Achsen 86, 88 der Endantriebe 62, 64 können so gelegen sein, dass sie von der Referenzachse 32 versetzt sind, die sich entlang der Drehachse der Antriebswelle 31 erstreckt.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Ein elektrischer Antrieb 26 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in einem Fahrzeug 20 vorgesehen sein, um das Fahrzeug 20 anzutreiben. Das Fahrzeug 20 kann beispielsweise eine Arbeitsmaschine sein, wie beispielsweise ein Raupenmaschine. Der Fachmann wird erkennen, dass der elektrische Antrieb 26 in anderen Arten von Fahrzeugen vorgesehen sein kann, wie beispielsweise in anderen Arbeitsmaschinen oder in Straßen- oder Geländelastwägen oder Automobilen.
  • Das Fahrzeug 20 kann einen Verbrennungsmotor oder eine elektrische Speichervorrichtung aufweisen, die elektrische Leistung an den elektrischen Antrieb 26 liefert. Eine Steuerung kann die Erzeugung und/oder Lieferung von elektrischer Leistung an den elektrischen Antrieb 26 ansprechend auf Anweisungen von einem Bediener regeln. Beispielsweise kann die Lieferung von elektrischer Leistung an den elektrischen Antrieb 26 gesteigert werden, wenn der Bediener eine Anweisung liefert, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 20 zu steigern.
  • Ansprechend auf das Anlegen von elektrischer Leistung an den elektrischen Antrieb 26 üben die Elektromotoren 28a, 28b und 28c ein Drehmoment auf die Antriebswelle 31 aus. Die Größe und die Polarität der elektrischen Leistung, die an die Elektromotoren 28a, 28b, 28c angelegt wird, bestimmen die Richtung und die Größe des Drehmomentes, welches auf die Antriebswelle 31 ausgeübt wird. Das von den Elektromotoren 28a, 28b und 28c ausgeübte Drehmoment bewirkt, dass die Antriebswelle 31 sich dreht.
  • Die Drehzahl der Antriebswelle 31 wird als eine Eingangsgröße in den ersten Planetengetriebesatz 52a der ersten Planetengetriebenanordnung 42 im Differenzlenksystem 40 geleitet. Die Drehzahl des Planetengetriebesatzes 52a der ersten Planetengetriebenanordnung 42 bewirkt eine entsprechende Drehung des Sonnenrades 50a der ersten Planetengetriebenanordnung 42 und des Reaktionsgliedes 56.
  • Die Drehung des Reaktionsgliedes 56 treibt die Sonnenräder 50b, 50c der zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 44 und 46 an. Die Drehung der Sonnenräder 50b, 50c der zweiten und dritten Planetengetriebenanordnungen 44 und 46 bewirkt, dass sich die Planetengetriebesätze 52b, 52c von sowohl der zweiten als auch der dritten Planetengetriebenanordnung 44 und 46 drehen. Die Drehung des Planetengetriebesatzes 52b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 wird durch den ersten Endantrieb 62 und das erste Kettenrad 66 übertragen, um dadurch die erste mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 22 anzutreiben. Die Drehung des Planetengetriebesatzes 52 der dritten Planetengetriebenanordnung 46 wird durch den zweiten Endantrieb 64 und das zweite Kettenrad 68 übertragen, um dadurch die zweite mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 24 anzutreiben.
  • Wenn der Bediener das Fahrzeug anweist, auf einer geraden Linie zu fahren, wird der Lenkmotor 70 stationär gehalten. Der Lenkmotor 70 übt eine Widerstandskraft gegen das Hohlrad 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 aus, um dadurch zu verhindern, dass das Hohlrad 54b sich dreht. Entsprechend werden sich die Planetengetriebesätze 52b, 52c von sowohl der zweiten als auch der dritten Planetengetriebenanordnung 44 und 46 im Wesentlichen mit der gleichen Drehzahl drehen. Dies hat zur Folge, dass die ersten und zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen 22 und 24 im Wesentlichen mit der gleichen Drehzahl angetrieben werden. Wenn das Hohlrad 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 stationär ist, wird somit das Fahrzeug 20 im Wesentlichen auf einer geraden Linie fahren.
  • Wenn der Bediener das Fahrzeug anweist, in eine gewisse Richtung zu lenken, wird der Lenkmotor 70 betrieben, um eine zusätzliche Eingangsgröße in das Differenzlenksystem 40 vorzusehen. Der Lenkmotor 70 kann bewirken, dass das Hohlrad 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 sich in einer ersten Richtung mit einer gewissen Drehzahl dreht, um zu bewirken, dass das Fahrzeug 20 in einer ersten Richtung mit einem gewissen Lenkradius lenkt. Der Lenkmotor 70 kann auch bewirken, dass das Hohlrad 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 sich in einer zweiten Richtung mit einer gewissen Drehzahl dreht, um zu bewirken, dass das Fahrzeug 20 in einer zweiten Richtung mit einem gewissen Lenkradius lenkt.
  • Das Drehen des Hohlrades 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 in einer ersten Richtung kann die Drehzahl des Planetengetriebesatzes 52b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 relativ zur Drehzahl des Planetengetriebesatzes 52c der dritten Planetengetriebenanordnung 46 verringern. Diese Veränderung der Relativgeschwindigkeiten bewirkt, dass sich das erste Ausgangsglied 34 langsamer dreht als das zweite Ausgangsglied 36. Somit wird die erste mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 22 mit einer langsameren Drehzahl angetrieben als die zweite mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 24. Dies wird bewirken, dass das Fahrzeug 20 in Richtung der ersten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 22 lenkt.
  • Das Drehen des Hohlrades 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 in einer zweiten Richtung kann die Drehzahl des Planetengetriebesatzes 52b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 im Verhältnis zur Drehzahl des Plane tengetriebesatzes 52c der dritten Planetengetriebenanordnung 46 vergrößern. Diese Veränderung der Relativgeschwindigkeiten bewirkt, dass sich das erste Ausgangsglied 34 schneller dreht als das zweite Ausgangsglied 36. Somit wird die erste mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 22 mit einer größeren Drehzahl angetrieben als die zweite mit dem Boden in Eingriff stehende Vorrichtung 24. Dies wird bewirken, dass das Fahrzeug 20 in Richtung der zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtung 24 lenkt.
  • Die Lenkgeschwindigkeit des Fahrzeugs 20 wird durch die Größe des Unterschiedes der Relativgeschwindigkeiten der ersten und zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen 22 und 24 bestimmt. Die Vergrößerung der Drehzahl des Hohlrades 54b der zweiten Planetengetriebenanordnung 44 wird die Größe des Unterschiedes der Drehzahl zwischen den ersten und zweiten Ausgangsgliedern 34 und 36 vergrößern. Somit wird eine Vergrößerung der Drehzahl der Ausgangswelle 72 des Lenkmotors 70 eine Vergrößerung der Lenkrate des Fahrzeugs 20 bewirken. Im Gegensatz dazu wird eine Verringerung der Drehzahl der Ausgangswelle 72 des Lenkmotors 70 eine Verringerung der Lenkrate des Fahrzeugs 20 bewirken.
  • Wie aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich wird, ist ein elektrisches Antriebssystem 26 vorgesehen, bei dem die Drehachse der Antriebswelle 31 durch eine Vielzahl von Elektromotoren 28a, 28b und 28c angetrieben wird. Die Antriebswelle 31 ist im Wesentlichen mit der Drehachse eines Differenzlenksystems 40 ausgerichtet. Durch Einsatz einer Vielzahl von Elektromotoren, welche die Antriebswelle 31 umgeben, kann die axiale Länge des elektrischen Antriebssystems 26, welches sich zwischen den mit dem Boden in Eingriff stehenden Vorrichtungen 22, 24 erstreckt, im Vergleich zu der verringert werden, die nötig wäre, wenn ein einziger größerer Elektromotor entweder benachbart zur Antriebswelle 31 oder konzentrisch zu dieser vorgesehen wäre. Dies hat Raumeinsparungen in der Antriebsanordnung zur Folge. Zusätzlich ergibt die Anwendung einer Vielzahl von kleineren Elektromotoren eine Verringerung der trägen Drehmasse. Die träge Drehmasse bzw. Drehträgheit vergrößert die Energieanforderungen, wenn ein großes Fahrzeug oder eine Arbeitsmaschine sich verlangsamt, startet oder stoppt.
  • Diese Verringerung der Drehträgheit, die von der Anwendung einer Vielzahl von kleineren Elektromotoren anstelle eines einzelnen größeren Elektromotors herrührt, ergibt somit ein schnelleres Ansprechen durch das Fahrzeug oder die Arbeitsmaschine. Weiterhin ist die Leistungsausgabe von mehreren kleineren Elektromotoren mit jener eines einzigen größeren Elektromotors vergleichbar.
  • Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an dem offenbarten elektrischen Antriebssystem vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus einer praktischen Ausführung der hier offenbarten Erfindung offensichtlich. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche gezeigt wird.
  • Zusammenfassung
  • ELEKTRISCHES ANTRIEBSSYSTEM MIT MEHREREN MOTOREN
  • Ein elektrisches Antriebssystem ist vorgesehen, welches erste und zweite Ausgangsglieder und eine Antriebswelle mit einer Drehachse hat. Eine Vielzahl von Elektromotoren ist benachbart zur Antriebswelle angeordnet. Jeder Motor hat eine Ausgangswelle in treibendem Eingriff mit der Antriebswelle und im Wesentlichen parallel dazu. Ein Differenzlenksystem ist betriebsmäßig zwischen der Antriebswelle und den ersten und zweiten Ausgangsgliedern angeordnet. Das Differenzlenksystem weist eine erste Planetengetriebenanordnung auf, die betriebsmäßig sowohl zwischen der Antriebswelle als auch dem ersten Ausgangsglied als auch zwischen der Antriebswelle und dem zweiten Ausgangsglied in Eingriff ist. Die erste Planetengetriebenanordnung hat eine Drehachse, die im Wesentlichen mit der Drehachse der Antriebswelle ausgerichtet ist. Ein Lenkmotor ist betriebsmäßig mit dem Differenzlenksystem in Eingriff und arbeitet dahingehend, dass er gleichzeitig die Relativdrehzahl der ersten und zweiten Ausgangsglieder einstellt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6024182 [0005]

Claims (10)

  1. Elektrisches Antriebssystem (26), welche Folgendes aufweist: ein erstes Ausgangsglied (34); ein zweites Ausgangsglied (36); eine Antriebswelle (31) mit einer Drehachse; eine Vielzahl von Elektromotoren (28a, 28b, 28c), die benachbart zur Antriebswelle angeordnet sind, wobei jeder der Vielzahl von Elektromotoren eine Ausgangswelle (29a, 29b, 29c) in treibendem Eingriff mit der Antriebswelle und im Wesentlichen parallel dazu hat; ein Differenzlenksystem (40), welches betriebsmäßig zwischen der Antriebswelle und den ersten und zweiten Ausgangsgliedern angeordnet ist, sodass die Antriebswelle Drehmoment von den Elektromotoren zu dem Differenzlenksystem liefert, wobei das Differenzlenksystem eine erste Planetengetriebenanordnung (42) aufweist, die betriebsmäßig zwischen der Antriebswelle und dem ersten Ausgangsglied in Eingriff ist, und die betriebsmäßig zwischen der Antriebswelle und dem zweiten Ausgangsglied in Eingriff ist, wobei die erste Planetengetriebenanordnung eine Drehachse hat, die im Wesentlichen mit der Drehachse der Antriebswelle ausgerichtet ist; und einen Lenkmotor (70), der betriebsmäßig mit dem Differenzlenksystem in Eingriff ist und betreibbar ist, um gleichzeitig die Relativdrehzahl der ersten und zweiten Ausgangsglieder einzustellen.
  2. Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Elektromotoren drei Elektromotoren ist.
  3. Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 2, wobei die drei Elektromotoren so angeordnet sind, dass die Ausgangswellen der drei Elektromotoren voneinander um die Achse der Antriebswelle beabstandet sind.
  4. Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei der treibende Eingriff ein Stirnrad (30a, 30b, 30c) auf der Ausgangswelle von jedem der Vielzahl von Elektromotoren aufweist, welches mit einem Stirnrad (33) auf der Antriebswelle in Eingriff steht.
  5. Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 4, wobei das Stirnrad an jeder Ausgangswelle kleiner ist als das Stirnrad an der Antriebswelle.
  6. Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Antriebssystems (26) eines Fahrzeugs (20), welches Folgendes aufweist: Anordnen eines ersten Elektromotors (28a) mit einer ersten Ausgangswelle (29a) benachbart zur Antriebswelle (31), wobei die erste Ausgangswelle parallel zur Achse der Antriebswelle ist; Anordnen eines zweiten Elektromotors (28b) mit einer zweiten Ausgangswelle (29b) benachbart zur Antriebswelle, wobei die zweite Ausgangswelle parallel zur Achse der Antriebswelle ist; Anordnen eines Rades (30a, 30b) auf jeder der ersten und zweiten Ausgangswellen; Anordnen eines Rades (33) auf der Antriebswelle in treibendem Eingriff mit den Rädern auf jeder der ersten und zweiten Ausgangswellen; Anordnen von ersten und zweiten Ausgabegliedern (34, 36) an dem Fahrzeug; Anordnen eines Differenzlenksystems (40) in treibendem Eingriff zwischen der Antriebswelle und den ersten und zweiten Ausgangsgliedern; Antreiben der ersten und zweiten Elektromotoren, um das Rad auf jeder der ersten und zweiten Ausgangswellen in der gleichen Drehrichtung zu drehen, um dadurch das Rad auf der Antriebswelle anzutreiben und um dadurch die ersten und zweiten Ausgangsglieder anzutreiben.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter aufweist, einen dritten Elektromotor (28c) mit einer dritten Ausgangswelle (29c) benachbart zur Antriebswelle anzuordnen, wobei die dritte Ausgangswelle parallel zur Antriebswelle ist; Anordnen eines Rades (30c) auf der dritten Ausgangswelle in Eingriff mit dem Rad auf der Antriebswelle; und Antreiben des dritten Elektromotors, um das Rad auf der dritten Ausgangswelle in der gleichen Richtung zu drehen wie die Räder auf den ersten und zweiten Ausgangswellen.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiter aufweist, ein erstes mit dem Boden in Eingriff stehendes Glied (22) mit dem ersten Ausgangsglied anzutreiben, und ein zweites mit dem Boden in Eingriff stehendes Glied (24) mit dem zweiten Ausgangsglied anzutreiben.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, welches weiter aufweist, einen ersten Endantrieb (62) zwischen dem ersten Ausgangsglied und dem ersten mit dem Boden in Eingriff stehenden Glied anzuordnen; und einen zweiten Endantrieb (64) zwischen dem zweiten Ausgangsglied und dem zweiten mit dem Boden in Eingriff stehenden Glied anzuordnen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiter aufweist, den ersten Endantrieb entlang einer Antriebsachse (86) anzuordnen, und zwar versetzt von der Drehachse der Antriebswelle; und den zweiten Endantrieb entlang einer Antriebsachse (88) anzuordnen, und zwar versetzt von der Drehachse der Antriebswelle.
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