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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf ein elektrisches Antriebssystem
gerichtet und insbesondere auf ein elektrisches Antriebssystem mit
mehreren Motoren.
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Hintergrund
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
offenbarte elektrische Antriebssystem löst ein oder mehrere
der oben dargelegten Probleme.
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Zusammenfassung der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische und diagrammartige Darstellung eines elektrischen
Antriebssystems gemäß einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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2 ist
eine diagrammartige Veranschaulichung eines beispielhaften Ausführungsbeispiels, welche
drei Elektromotoren zeigt, die um eine Antriebswelle herum angeordnet
sind.
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Detaillierte Beschreibung
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Nun
wird im Detail auf ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, welches in den beigefügten
Zeichnungen veranschaulicht ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Industrielle Anwendbarkeit
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Zusammenfassung
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ELEKTRISCHES ANTRIEBSSYSTEM MIT MEHREREN
MOTOREN
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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