DE202010012132U1 - Electric drive system for a particular battery-powered vehicle - Google Patents

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Abstract

Elektromotorisches Antriebssystem mit mindestens zwei Elektromotoren (1), wobei die Elektromotoren (1) über ein oder mehrere Getriebe eine Abtriebswelle (9) antreiben, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einem Elektromotor (1) und der Abtriebswelle (9) eine Kupplung (7) und/oder ein Freilauf (6) angeordnet ist.Electric motor drive system with at least two electric motors (1), the electric motors (1) driving an output shaft (9) via one or more gears, characterized in that a clutch (7) is located between at least one electric motor (1) and the output shaft (9). and / or a freewheel (6) is arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisches Antriebssystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to an electric drive system according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Batteriegetriebe elektrische Kleinfahrzeuge erfordern einen hohen Gesamtwirkungsgrad, um eine möglichst hohe Reichweite zu erzielen.Battery electric small electric vehicles require a high overall efficiency in order to achieve the highest possible range.

Bekannt sind elektrische Radnabenmotoren bei Fahrrädern oder Elektrorollern. Die Radnabenmotoren erhöhen die ungefederte Masse und sind daher bei Elektrorollern oft unerwünscht. Daher werden zunehmend Zentralmotoren mit einer Riemen- oder Kettenübersetzung auf das Hinterrad eingesetzt, die bedarfsweise mit einem Planetengetriebe bzw. Schneckengetriebe kombiniert werden. Ebenfalls bekannt sind Getriebemotoren mit Innenläufermotoren und innenliegenden Getrieben als Hinterradantrieb.Electric wheel hub motors are known for bicycles or electric scooters. The wheel hub motors increase the unsprung mass and are therefore often undesirable in electric scooters. Therefore, increasingly central motors are used with a belt or chain ratio to the rear wheel, which are combined as needed with a planetary gear or worm gear. Also known are geared motors with internal rotor motors and internal gearboxes as rear-wheel drive.

Um den Wirkungsgrad bzw. das Beschleunigungsverhalten zu steigern, werden Elektromotoren mit schaltbaren Getrieben bzw. stufenlosen CVT-Getrieben (z. B. NuVinci, Variomatic) kombiniert. Diese sind in der Regel teuer und beinhalten eine unerwünschte mechanische Komplexität.In order to increase the efficiency or the acceleration behavior, electric motors are combined with shiftable transmissions or stepless CVT transmissions (eg NuVinci, Variomatic). These are usually expensive and involve unwanted mechanical complexity.

Eine Vielzahl der Antriebe haben ein Sicherheitsrisiko, dass bei blockiertem Motor (z. B. durch Kurzschluss) ein Rad blockiert. Daher sind oft aufwändige Sicherheitsschaltungen in der Elektronik erforderlich.A large number of drives have a safety risk that locks a wheel when the engine is blocked (eg by short circuit). Therefore, often expensive safety circuits in electronics are required.

Aufgabe und Ausführung der ErfindungTask and execution of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Gestaltung eines Antriebssystem mit hohem Wirkungsgrad bei gleichzeitig hoher Sicherheit und Verfügbarkeit. Gleichzeitig soll mit dem Antrieb das Beschleunigungsverhalten deutlich gesteigert werden.Object of the present invention is the design of a drive system with high efficiency with high security and availability. At the same time, the acceleration behavior should be significantly increased with the drive.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird mit einem Doppel-Elektromotor gelöst, der aus zwei Elektromotoren mit separater Ansteuerung besteht, wobei beide Elektromotoren in ein Gehäuse integriert sind. Über die Ansteuerelektronik kann wahlweise ein oder beide Motoren betrieben werden, wobei optional eine Kommunikation zwischen beiden Motoren vorgesehen sein kann.The object of the invention is achieved with a double electric motor, which consists of two electric motors with separate control, both electric motors are integrated in a housing. One or both motors can optionally be operated via the control electronics, wherein optionally a communication between both motors can be provided.

Beide Motoren weisen jeweils ein Abtriebsritzel auf, dass jeweils mittels eines Riemens oder einer Kette mit einem Abtriebsritzel und einer Abtriebswelle verbunden sind. Verschiedene Verbindungen zwischen Motor und Riemen sind möglich:

  • • Variante 1: Feste Verbindung zwischen Motoren und Ritzel mit einem Freilauf in der Abtriebswelle;
  • • Variante 2: Ein Motor ist fest verbunden, während zwischen dem zweiten Motor und dem Ritzel ein Freilauf angeordnet ist;
  • • Variante 3: Beide Motoren besitzen jeweils einen Freilauf zwischen Motor und Ritzel;
  • • Variante 4: Ein Motor ist über einen Freilauf und der zweite Motor über eine schaltbare Kupplung mit dem Ritzel verbunden.
Both motors each have an output pinion that are each connected by means of a belt or a chain with an output pinion and an output shaft. Various connections between engine and belt are possible:
  • • Variant 1: Fixed connection between motors and pinion with a freewheel in the output shaft;
  • Variant 2: A motor is firmly connected while a freewheel is arranged between the second motor and the pinion;
  • • Variant 3: Both engines each have a freewheel between the engine and the pinion;
  • • Variant 4: One motor is connected to the pinion via a freewheel and the second motor is connected to the pinion via a shiftable clutch.

Insbesondere die Varianten 3 und 4 sind vorteilhaft für Fahrzeuge, insbesondere Kleinfahrzeuge, einsetzbar.In particular, the variants 3 and 4 are advantageous for vehicles, especially small vehicles used.

Dadurch, dass in Variante 3 zwei Freiläufe vorgesehen sind, können wahlweise einer oder zwei Motoren betrieben werden. Zudem besteht eine Redundanz bei Ausfall eines Elektromotors. Sind beide Motoren in Betrieb, werden die Motoren drehmomentgeregelt bzw. ein Motor drehzahlgeregelt und der andere Motor drehmomentgeregt.Because two freewheels are provided in variant 3, one or two motors can optionally be operated. In addition, there is redundancy in case of failure of an electric motor. If both motors are in operation, the motors are torque-controlled or one motor is speed-controlled and the other motor is torque-excited.

Vorteilhaft können bei den vorbeschriebenen Varianten die Übersetzungen der Motoren zum Abtriebsritzel unterschiedlich ausgebildet sein. Damit kann bei geringeren Drehzahlen ein höheres Drehmoment erreicht werden und bei höheren Geschwindigkeiten nur noch ein Motor betrieben werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn damit Fahrzeuge, wie z. B. Golfwagen, Gabelstapler, etc., angetrieben werden, die bei niedrigen Geschwindigkeiten ein hohes Moment erfordern, jedoch bei hohen Geschwindigkeiten nicht die Leistung von zwei Motoren benötigen.Advantageously, the translations of the motors to the output pinion can be designed differently in the above variants. This can be achieved at lower speeds, a higher torque and at higher speeds only one engine to be operated. This is particularly advantageous if so vehicles such. As golf cart, forklift, etc., are driven, which require a high torque at low speeds, but at high speeds do not require the performance of two engines.

Die Variante 4 weist den Vorteil auf, dass ein Motor permanent betrieben und auch für Rekuperation von kinetischer Energie eingesetzt werden kann. Bei einem Motorausfall kann der Motor über die Kupplung von der Abtriebswelle getrennt werden und erzeugt somit kein Schleppmoment bei Motorausfall bzw. gefährdet nicht die Sicherheit bei Ausfall. In dieser Variante bildet der Motor mit Kupplung den Hauptantrieb, wobei der Motor mit Freilauf bei benötigter höherer erforderlicher Leistung bzw. Drehmoment zugeschaltet wird.Variation 4 has the advantage that a motor can be operated permanently and also used for recuperation of kinetic energy. In the event of a motor failure, the motor can be disconnected from the output shaft via the clutch and thus generates no drag torque in the event of engine failure or does not jeopardize safety in the event of failure. In this variant, the engine with clutch forms the main drive, the engine is switched on with freewheel at required higher power or torque required.

Der erfindungsgemäße Antrieb hat folgende Vorteile gegenüber einem größeren Motor mit hohem Drehmoment und Leistung und einer Ansteuerelektronik:

  • – kompakte Bauweise (ein Gehäuse);
  • – Möglichkeit der Wirkungsgradoptimierung insbesondere bei Teillastbetrieb sowie bei Beschleunigung und Betrieb bei hohen Moment (Betrieb von einem oder zwei Motoren, Lastverteilung zwischen Motoren in Hinblick auf maximalen Wirkungsgrad, kein Schleppmoment Motor bei Motorausschalten);
  • – Redundanz bei Motorausfall, Fortsetzung des Fahrbetriebes möglich;
  • – Kein Blockieren der Räder auch bei Ausfall von zwei Motoren;
  • – Wegfall von Sicherheitsschaltungen in der Ansteuerelektronik, z. B. Sternpunktfreischaltung;
  • – Nahezu geräuschloser Betrieb;
  • – Einfache kostengünstige Übersetzung über Riemen oder Kette;
  • – Übersetzung mit hohem Wirkungsgrad;
  • – Hohe Radialkräfte auf Abtriebswelle;
  • – Hohe Lebensdauer;
  • – Höhere Kosten von zwei Elektroniken werden dadurch kompensiert, dass durch die Wirkungsgradoptimierung Ströme und somit Siliziumfläche reduziert werden kann bzw. bei Ausfall nur eine Elektronik getauscht werden muss.
The drive according to the invention has the following advantages over a larger motor with high torque and power and a control electronics:
  • - compact design (a housing);
  • - Possibility of efficiency optimization, especially at partial load operation and during acceleration and operation at high torque (operation of one or two motors, load distribution between motors in terms of maximum efficiency, no drag torque motor at engine shutdown);
  • - Redundancy in case of engine failure, continuation of driving possible;
  • - no locking of the wheels even if two motors fail;
  • - Elimination of safety circuits in the control electronics, z. B. neutralization;
  • - Almost noiseless operation;
  • - Easy low-cost translation via belt or chain;
  • - High efficiency translation;
  • - High radial forces on output shaft;
  • - Long life span;
  • - Higher costs of two electronics are compensated by the fact that through the optimization of efficiency currents and thus silicon area can be reduced or in case of failure only one electronics has to be exchanged.

Nachfolgend werden anhand von Zeichnungen verschiedene mögliche Ausführungsformen näher erläutert.Hereinafter, various possible embodiments are explained in more detail with reference to drawings.

Es zeigen:Show it:

1: Schematischer Aufbau der Antriebseinheit; 1 : Schematic structure of the drive unit;

2: konstruktives Ausführungsbeispiel; 2 : constructive embodiment;

In 1 ist der Antrieb schematisch dargestellt. In einem ersten Gehäuseteil 2 sind die beiden Motoren 1 eingesetzt, in einem zweiten Gehäuseteil 3 ist das Riemen- bzw. Kettengetriebe untergebracht. Die Motoren sind mit ihrem Antriebsritzeln 4a, 4b, die mit den Wellen 8a und 8b verbunden sind, entweder fest oder über eine Kupplung 7 verbunden. In dem Antriebsritzel 4a ist ein Freilauf 6 integriert. Alternativ können in beiden Antriebsritzeln 4a und 4b entsprechende Freiläufe 6 integriert sein, wobei die Kupplung dann wegfällt. Die Antriebsritzel 4a, 4b können unterschiedliche Durchmesser besitzen, wodurch unterschiedliche Übersetzungen realisiert werden. Beide Motorritzel 4a, 4b sind mit dem Abtriebsritzel 5, welches drehfest auf der Abtriebswelle 9 angeordnet ist, über nicht dargestellte Kette oder einen in 2 dargestellten Riemen verbunden.In 1 the drive is shown schematically. In a first housing part 2 are the two engines 1 used, in a second housing part 3 the belt or chain transmission is housed. The engines are with their drive pinions 4a . 4b that with the waves 8a and 8b are connected, either fixed or via a clutch 7 connected. In the drive pinion 4a is a freewheel 6 integrated. Alternatively, in both drive pinions 4a and 4b corresponding freewheels 6 be integrated, with the clutch is then eliminated. The drive pinions 4a . 4b can have different diameters, whereby different translations are realized. Both motor pinions 4a . 4b are with the output pinion 5 , which rotatably on the output shaft 9 is arranged, not shown chain or in 2 connected belt connected.

In 2 ist der konstruktive Gesamtaufbau in Explosionsdarstellung dargestellt. Die Motoren 1 sind im Gehäuse 2 befestigt, wobei die Motoren 1 im Gehäuse 2 versenkt sind und die Ansteuerelektronik 1a mit dem Gehäuse abschließt und somit zugänglich und austauschbar ist. Zwischen Motoren 1 und Getriebe ist ein Trenndeckel 3a angeordnet, der zur Trennung des Getriebes vom Motor dient. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein Kettengetriebe mit erforderlicher Schmierung eingesetzt wird. Das Getriebegehäuse 3 ist durch einen zweiten Deckel 3 abgeschlossen, welcher eine Öffnung 3b für die Abtriebswelle 9 aufweist. Die Antriebsritzel 4a und 4b sowie das Abtriebsritzel 5 sind in den Gehäuseteilen 3a und 3 mittels der Lager 10a und 10b gelagert. Über einen Riemen 11 sind die Ritzel 4a, 4b und 5 miteinander verbunden.In 2 is the overall construction in an exploded view. The motors 1 are in the case 2 attached, with the engines 1 in the case 2 sunk and the control electronics 1a closes with the housing and thus is accessible and replaceable. Between engines 1 and gear is a separator cover 3a arranged, which serves to separate the gearbox from the engine. This is particularly useful when a chain transmission is used with the required lubrication. The gearbox 3 is through a second lid 3 completed, which is an opening 3b for the output shaft 9 having. The drive pinions 4a and 4b and the output pinion 5 are in the housing parts 3a and 3 by means of bearings 10a and 10b stored. About a belt 11 are the pinions 4a . 4b and 5 connected with each other.

Alternativ zum dargestellten Riemen 11 kann auch eine Kette eingesetzt werden. In den Antriebsritzeln 4a, 4b sind die Freiläufe 6 entsprechend der oben beschriebenen Variante 3 integriert.Alternative to the belt shown 11 You can also use a chain. In the drive pinions 4a . 4b are the freewheels 6 according to the variant described above 3 integrated.

Der dargestellte Antrieb kann dahingehend erweitert werden, dass ein Freilauf 6 durch eine nicht dargestellte Kupplung ersetzt wird. Ebenfalls nicht dargestellt ist ein Riemen bzw. Kettenspanner.The illustrated drive can be extended to the effect that a freewheel 6 is replaced by a coupling, not shown. Also not shown is a belt or chain tensioner.

Claims (12)

Elektromotorisches Antriebssystem mit mindestens zwei Elektromotoren (1), wobei die Elektromotoren (1) über ein oder mehrere Getriebe eine Abtriebswelle (9) antreiben, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einem Elektromotor (1) und der Abtriebswelle (9) eine Kupplung (7) und/oder ein Freilauf (6) angeordnet ist.Electromotive drive system with at least two electric motors ( 1 ), the electric motors ( 1 ) via one or more gear an output shaft ( 9 ), characterized in that between at least one electric motor ( 1 ) and the output shaft ( 9 ) a coupling ( 7 ) and / or a freewheel ( 6 ) is arranged. Elektromotorisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektromotoren (1) und der Abtriebswelle (9) jeweils eine Kupplung (7) und/oder ein Freilauf (6) angeordnet ist.Electromotive drive system according to claim 1, characterized in that between the electric motors ( 1 ) and the output shaft ( 9 ) one clutch each ( 7 ) and / or a freewheel ( 6 ) is arranged. Elektromotorisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem einen Elektromotor (1) und der Abtriebswelle (9) ein Freilauf und zwischen dem anderen Elektromotor (1) und der Abtriebswelle (9) eine Kupplung (7) angeordnet ist.Electromotive drive system according to claim 1, characterized in that between the one electric motor ( 1 ) and the output shaft ( 9 ) a freewheel and between the other electric motor ( 1 ) and the output shaft ( 9 ) a coupling ( 7 ) is arranged. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (1) über Zahnräder, eine gemeinsame Kette oder einen gemeinsamen Riemen (11), insbesondere Zahnriemen, mit der Abtriebswelle (9) verbunden sind und diese antreiben.Electromotive drive system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electric motors ( 1 ) via gears, a common chain or a common belt ( 11 ), in particular toothed belt, with the output shaft ( 9 ) are connected and these drive. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung schaltbar ist und/oder der Freilauf (6) in dem Zahnrad (4a, 4b) angeordnet ist, mit dem der jeweilige Elektromotor (1) mit der Abtriebswelle (9) bzw. dessen Zahnrad (5) direkt oder über eine Kette oder einen Riemen (11) verbunden ist.Electromotive drive system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the clutch is switchable and / or the freewheel ( 6 ) in the gear ( 4a . 4b ) is arranged, with which the respective electric motor ( 1 ) with the output shaft ( 9 ) or its gear ( 5 ) directly or via a chain or a belt ( 11 ) connected is. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (1) in einem gemeinsamen Gehäuse (2) angeordnet sind, an dem das Gehäuse (3) oder Gehäuseteil des Getriebes angrenzt. Electromotive drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motors ( 1 ) in a common housing ( 2 ) are arranged, on which the housing ( 3 ) or housing part of the transmission adjacent. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinheit in einem Gehäuse (3, 3a) untergebracht und gelagert ist und dieses Gehäuse (3, 3a) mit einem Gehäuseteil (2) verbunden ist, in dem die Motor/Elektronikeinheit angeordnet, insbesondere untergebracht, ist.Electromotive drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the gear unit in a housing ( 3 . 3a ) is housed and stored and this housing ( 3 . 3a ) with a housing part ( 2 ), in which the motor / electronic unit is arranged, in particular accommodated, is connected. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Elektromotoren (1) mit der Abtriebswelle verbindenden Getriebe unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse aufweisen.Electromotive drive system according to one of the preceding claims, characterized in that the electric motors ( 1 ) with the output shaft connecting gear have different ratios. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Elektromotor (1) permanent als Antrieb der Abtriebswelle (9) dient und der andere zweite Elektromotor (1) zur Unterstützung oder bei Ausfall des ersten Elektromotors (1) die Abtriebswelle (9) mit antreibt.Electromotive drive system according to one of the preceding claims, characterized in that a first electric motor ( 1 ) permanently as a drive of the output shaft ( 9 ) and the other second electric motor ( 1 ) for the support or failure of the first electric motor ( 1 ) the output shaft ( 9 ) with drives. Elektromotorisches Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Elektromotor (1) unterstützend zum anderen ersten Elektromotor (1) die Abtriebswelle (9) mit antreibt, wenn das insbesondere als Fahrzeugantrieb ausgebildete Antriebssystem eine hohe Leistung bzw. ein hohes Drehmoment liefern muss.Electromotive drive system according to claim 9, characterized in that the second electric motor ( 1 ) supporting the other first electric motor ( 1 ) the output shaft ( 9 ) drives when the drive system designed in particular as a vehicle drive must deliver a high power or high torque. Elektromotorisches Antriebssystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle Elektromotoren (1) drehmomentgeregelt werden, oder ein, insbesondere der erste, Elektromotor (1) drehzahlgeregelt und der andere, insbesondere der zweite, Elektromotor (1) drehmomentgeregelt wird.Electromotive drive system according to claim 9 or 10, characterized in that all electric motors ( 1 ) are torque-controlled, or a, in particular the first, electric motor ( 1 ) speed controlled and the other, in particular the second, electric motor ( 1 ) is torque controlled. Elektromotorisches Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Elektromotor (1) beim Bremsen als Generator fungiert, um elektrische Energie ins Bordnetz des Fahrzeugs einzuspeisen.Electromotive drive system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one electric motor ( 1 ) When braking acts as a generator to feed electrical energy into the electrical system of the vehicle.
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