DE2414356A1

DE2414356A1 - Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE2414356A1
Application number: DE2414356A
Authority: DE
Inventors: Richard A Elco
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1974-03-26
Publication date: 1974-10-17
Also published as: BE812806A; JPS5026216A; FR2223208A1; GB1465369A; CA1028037A; IT1069087B; IL44409A0; ES424794A1; US3845368A; SE394975B; FR2223208B1; IL44409A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

44,492 -Düsseldorf, 25. März 1975

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pennsylvania, V.St.A.

Elektrofahrzeug

Diese Erfindung betrifft allgemein Elektrofahrzeuge und insbesondere eine in deren Antriebssystemen verwendete Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehmoment/Drehzahlcharakteristik und deren Nutzbremsung.

Bei den meisten herkömmlichen Geschwindigkeitssteuerungsschaltungen für Elektrofahrzeuge werden ein Gleichstrom-Unterbrecherregler und ein Reihenschlußmotor verwendet. Der Unterbrecher ist in Reihe zwischen einer Gleichstromquelle und dem Reihenschlußmotor geschaltet. Er steuert die Geschwindigkeit des Reihenschlußmotors durch Regeln und Unterbrechen des vollen Ankerstromes .

Bei einem durch einen herkömmlichen Reihenschluß-Pahrmotor angetriebenen Elektrofahrzeug kann der Antriebsmotor direkt mit den. Antriebsrädern verbunden werden. Die Geschwindigkeit des Gleichstrommotors wird durch einen herkömmlichen Ankerstrom-Un^erbrecherregler gesteuert, der eine vollständige Steuerung des Motors über dessen gesamten Geschwindigkeitsbereich ergibt. Der Unterbrecher steuert die Dauer der Impulse und/oder die Größe der Impulse, welche dem Anker des Gleichstrommotors zugeführt werden. Durch

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Veränderung der Parameter der dem Anker des Antriebsmotors zugeführten Impulse kann dessen Geschwindigkeit verändert werden. Die Gleichstromunterbrecherregelung des dem Reihenschlußmotor zugeführten Ankerstromes stellt den üblichsten Lösungsversuch für den Antrieb von Elektrofahrzeugen dar. Da der Unterbrecher den ganzen Ankerstrom steuern muß, ist er notwendigerweise groß, sperrig und teuer. Da der herkömmliche Unterbrecherregler den vollen Ankerstrom unterbrechen und steuern muß, sind teuere Hochleistungsthyristoren und komplizierte Regelungsschaltungen zum Schalten und Regeln des Laststromes im Ankerkreis erforderlich. Auch haben die herkömmlichen Unterbrecherregler für den Ankerstrom bei niedrigen bis normalen Betriebsgeschwindigkeiten keinen guten Wirkungsgrad. Ein weiterer Nachteil der herkömmlichen Ankerstrom-Unterbrecherregler besteht darin, daß zum Zwecke der Nutzbremsung getrennte Bremsthyristoren vorgesehen werden müssen, damit der Reihenschlußmotor als Reihenschlußgenerator arbeiten kann.

Aufgabe dieser Erfindung ist es vor allem, ein elektronisches Regelungssystem zum Regeln der Drehmoment/Drehzahlcharakteristik eines getrennt erregten Gleichstrommotors zu schaffen, der als Antrieb für ein Elektrofahrzeug verwendbar ist und einfacher aufgebaut ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Elektrofahrzeug mit einer Drosselklappeneinrichtung, die zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegt werden kann vorgesehen, daß ein Gleichstrom-Antriebsmotor das Elektrofahrzeug antreibt, der Antriebsmotor ein getrennt erregbares Feld zum Regeln seines Betriebs und eine Ankerwicklung enthält, und ein Feldregler eine Erregerspannung an das getrennt erregte Feld des Gleichstrommotors abgibt, die eine Funktion der Einstellung der Drosselklappeneinrichtung und des durch die Ankerwicklung des Gleichstrom-Antriebsmotors fließenden Stromes ist, wodurch die Drehzahl/Geschwindigkeitscharakteristik des Antriebsmotors während des üblichen Fahrbetriebs und des Nutzbremsbe-

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triebes in der erwünschten Weise gesteuert wird.

Das Elektrofahrzeug gemäß der Erfindung ist mit einer Drosselklappeneinrichtung versehen, welche ein Eingangssignal für das elektronische Steuerungssystem zur Bestimmung von dessen Geschwindigkeit abgibt. Ein Gleichstrom-Antriebsmotor bewegt das Elektrofahrzeug. Der Antriebsmotor hat ein getrennt erregtes Parallelfeld zum Regeln der Geschwindigkeit und Betriebseigenschaften. Eine Gleichstromquelle liefert den Laststrom an den Anker des Motors. Der elektronische Feldregler liefert eine Erregerspannung an die getrennt erregte Feldwicklung des Antriebsmotors. Die der getrennt erregten Feldwicklung zugeführte Spannung ist eine Funktion der Drosselklappen- bzw. Düseneinstellung und des durch den Anker des Gleichstrommotors fließenden Laststromes .

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein der Geschwindigkeit des Gleichstrommotors oder Elektrofahrzeuges proportionales Signal an den elektronischen Kegler abgegeben. Bei einem Elektrofahrzeug mit einem Drehmomentwandler sollte das Drehzahlrückkopplungssignal von den Antriebsrädern oder der Äbtriebswelle an die Antriebsräder übertragen werden, während bei einem Elektrofahrzeug mit einem Getriebe das Drehzahlrückkopplungssignal vom Ausgang des Gleichstrom-Antriebsmotors erhalten werden könnte. Das elektronische Regelungssystem liefert dann eine Erregerspannung an das getrennt erregte Feld des Gleichstrom-Antriebsmotors, die eine Funktion der Drosselklappeneinstellung, des durch den Anker fließenden Stromes und der Drehzahl des Elektrofahrzeuges oder Gleichstrom-Antriebsmotors ist.

Zweckmäßigerweise kann ein Schutzrelais mit einer Betriebswicklung in Reihe mit der getrennt erregten Feldwicklung verwendet werden, durch welche die Stromversorgung vom Motoranker abgeschaltet wird, falls der Feldstrom unter einen vorbestimmten Wert abfällt. Die Stromversorgung für das Schutzrelais hat einen Satz von Arbeitskontakten in Reihe mit der Ankerwicklung, welche

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- 4 sich öffnen, wenn der Feldstrom unter den gewünschten Wert fällt.

Durch die Erfindung wird die Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Elektrofahrzeuges von einer Grunddrehzahl bis zur maximalen Drehzahl des Elektrofahrzeuges geregelt. Die Erfindung kann in Verbindung mit einem Drehmomentwandler dazu verwendet werden, die Geschwindigkeit eines Elektrofahrzeuges von Null bis zu der maximalen Geschwindigkeit zu regeln.

Das erfindungsgemäße Regelungssystem ist zuverlässig und sicher, hat einen hohen Wirkungsgrad und ermöglicht eine Nutzbremsung bei einstellbarer Geschwindigkeit. Das Feldsteuerungssystem kann wesentlich einfacher und weniger kostspielig als herkömmliche Gleichstromunterbrecher-Ankerregler ausgeführt werden, welche teuere Hochleistungsthyristoren erfordern. Die Feldsteuerungseinheit arbeitet bei niedrigen Leistungspegeln in der Größenordnung von einigen hundert Watt, so daß Niederleistungsthyristoren verwendet werden können. Da der Feldregler wesentlich weniger als 10% der gesamten geregelten Energie beherrscht, ist leicht ersichtlich, daß weniger aufwendige Bauteile erforderlich sind im Vergleich zu den herkömmlichen Reglern, welche im wesentlichen die gesamte Ausgangsleistung des Elektrofahrzeuges regeln und unterbrechen. Da die Leistungspegel klein im Vergleich zu den Ankerreglern sind, ist auch das Volumen bzw. die Abmessung und das Gewicht des Reglers kleiner. Da nur eine kleine Menge der Energie geregelt wird und kein Gleichstrom-Unterbrecher erforderlich ist, ist die Zuverlässigkeit des Regelungsystemes verbessert. Da die Regelungsschaltung des Motors vereinfacht ist, ist dessen Zuverlässigkeit höher, und der Ausfall von Schaltungsbauteilen führt nicht zu einem ungesteuerten Motor bei voller Leistung. Ein Ausfall des Regelungssystemes schaltet entweder den Antriebsmotor vollständig ab oder schaltet diesen nur teilweise ab und läßt eine Regelung bei niedriger Geschwindigkeit zu.

Die Erfindung kann auch verwendet werden in Verbindung mit einem Drehmomentwandler der eine Zentrifugalkupplung aufweist, welche es

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ermöglicht, daß die Abtriebsgeschwindigkeit der Welle von Null bis zu einem Maximalwert gesteuert wird. Der Wirkungsgrad dieses Systemes ist wesentlich größer als derjenige eines entsprechenden Ankerunterbrecher-Reihenschlußmotors nach dem Stand der Technik. Die Möglichkeit zur Nutzbremsung bei einstellbarer Geschwindigkeit ergibt eine weiche Steuerung des Elektrofahrzeuges und setzt Bremsenergie frei, welche zum Laden der Batterien verwendet werden kann, wenn das Fahrzeug abwärts fährt oder die Fahrt verlangsamt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert; es stellen dar:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Elektrofahrzeuges, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit Teile ausgeblendet wurden;

Fig_o 2 schematisch ein Regelungssystem nach der Erfindung für ein Elektrofahrzeug;

Fig« 3 ein Blockdiagramm des Reglers gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ähnlich wie Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 ein Blockdiagramm des Reglers in Fig. 4;

Fig. 6 ein Diagramm der Ausgangsdrehmomente des Antriebsmotors über der Motordrehzahl bei verschiedenen Drosseleinstellungen des Reglers in Fig. 2;

Fig. 7 ein Diagramm der Ausgangsdrehmomente des Antriebsmotors bei der Grundgeschwindigkeit über den Drosseleinstellungen des Reglers in Fig. 3;

Fig. 8 ein Diagramm der Ausgangsdrehmomente des Antriebsmotors über der Motordrehzahl bei verschiedenen Drosselein-

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- 6 Stellungen für den in Fig. 5 dargestellten Regler und

Fig. 9 ein Diagramm des Wirkungsgrades eines Feldregelsystemes gemäß der Erfindung gegenüber einem Ankerstromunterbrecher-Gleichstromregelungssystem gemäß dem Stand der Technik.

In Fig. 1, 2 und 3 ist ein Elektrofahrzeug 10 und ein Regelungssystem gemäß der Erfindung dargestellt. Das Elektrofahrzeug 10 hat Antriebsräder 12, die durch ein Antriebssystem mittels eines Gleichstromantriebsmotors 14 zur Bewegung des Elektrofahrzeuges 10 angetrieben werden. Der Motor 14 hat eine parallele Feldwicklung 18, die getrennt erregt werden kann. Ein Gleichstromversorgungsgerät, üblicherweise ein Batteriestapel 16, gibt die Leistung an den Anker des Motors 14 ab. Die getrennt erregte Feldwicklung 18 des Motors 14 wird mit einer Erregerspannung 20 (V_f) von einem Regler 22 gespeist. Die der Feldwicklung 18 zugeführte Erregerspannung 20 regelt die Drehraoment/Drehzahlcharakteristik und die Nutzbremsung des getrennt erregten Gleichstrommotors 14.

Ein Parallelwiderstand 24 ist in Reihe mit dem Anker des Gleichspannungsmotors 14 geschaltet. Der durch den Parallelwiderstand 24 fließende Ankerstrom ergibt eine dem Ankerstrom proportionale Spannung, die durch die Leitung 26 an den Regler 22 zurückgespeist wird. Die Rückkopplungsschleife über die Leitung 26 führt ein Signal v>n dem Parallelwiderstand 24, das proportional dem durch den Batteriestapel 16 fließenden Ankerstrom ist.

Die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeuges 10 wird üblicherweise über ein Fußpedal 28 gesteuert, das mit einer Drosselklappe 30 verbunden ist. Der Regler 22 erhält daher ein Eingangssignal, welches proportional der Stellung der Drosselklappe 30 ist. Die Drosselklappe 30 wird im wesentlichen durch Potentiometer 31 und 33 nachgebildet, die mechanisch mit dem Fußpedal 28 verbunden sind und auf dessen Bewegung ansprechen. Der Regler 22 gibt dann eine Erregerspannung 20 an die Feldwicklung 18 ab, die «ine

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Funktion des Ankerstromes und der Einstellung der Drosselklappe 30 ist. Es gilts

V_f » f{i_a,S) (1)

Dabei bedeutet V- die Erregeispannung 20, i den durch den Motor 14 fließenden Ankerstrom und S die Einstellung der Drosselklappe 30.

In Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung für den Regler 22 mit der Drossel 30 und deren Potentiometern 31 und 33 dargestellt, wodurch eine Ausgangsspannung abgegeben wird, die eine Funktion des Änkerstromes und der Einstellung der Drosselklappe 30 ist. Der Verstärker 40 gibt eine dem Ankerstrom i_a proportionale, verstärkte Spannung ab. Die Parameter des Regelungssystemes 22 werden durch Potentiometer 42^ 44, 46 und 48 eingestellt. Der Verstärker hat eine veränderbare Verstärkung, dessen Verstärkungsfaktor S bei geschlossenem Regelkreis der Einstellung der Drosselklappe 30 entspricht. Die Einstellung der Drosselklappe 30 kann zwischen 0 und 1 durch das Fußpedal 28 verändert werden» Eine volle Drosselklappeneinstellung entspricht S - 1 ifelche erhalten wird, wenn das Fußpedal voll durchgedrückt wird. Der Verstärker 52 hat eine einstellbare Verstärkung und bei geschlossenem Regelkreis beträgt sein Verstärkungsfaktor 1-Sj, d.h. 1 weniger der Einstellung der Drosselklappe 30. Der in Fig. 3 dargestellte Verstärker 54 ist ein Leistungsverstärker, der die Feldwicklung 18 des Motors 14 speist. Die Regelungsgleichung für diesen Schaltkreis lautet:

^Vf ^{= (V}O ^{+ K}lⁱa⁾⁽¹"^{S) + K}2ⁱa^{S + V}l ⁽²⁾

Dabei bedeutet V_f die Ausgangsspannung des Reglers 22, V_Q die Ausgangsspannung des Potentiometers 48, K-i die Ausgangsspannung des Potentiometers 44, K₂i_a die Ausgangsspannung des Potentiometers 42, V, die Ausgangsspannung des Potentiometers 46 und S die Einstellung der Drosselklappe 30. Im Betrieb wird der Wert V₁ + V₀ eingestellt, um die volle Feldspannung bei der Drosselklappeneinstellung 0 (S = 0) zu erhalten. In diesem Zustand ar-

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beitet der Motor 14 bei einer vorgegebenen Grundgeschwindigkeit, wenn ihm eine bestimmte Ankerspannung zugeführt wird. Die Spannung V, am Ausgang des Potentiometers 46 wird dazu verwendet, eine minimale Feldspannung einzustellen und schützt daher gegen überhöhte Geschwindigkeit des Motors 14. Der Anteil der Erregerspannung 20 (V_f) , der durch den Ausdruck K2*a^S dargestellt wird, ergibt die Rückkopplung zur Regelung des Drehmomentes des Antriebsmotors 14, wenn die Feldschwächung durch Vergrößerung der Drosselklappeneinstellung 30 eingeleitet wird, wobei das Fußpedal 28 durchgedrückt ist, und es ergibt sich eine Drehmoment/Drehzahlcharakteristik, die einem Verbundmotor gleicht. Der Anteil der Erregerspannung V_f, der durch den Ausdruck K₁I (1-S) dargestellt wird, stellt die Rückkopplungsspannung dar, durch welche ein geregeltes Nutzbrems-Drehmoment erhalten wird und ist bei einer gegebenen Drosselklappeneinstellung über einen weiten Geschwindigkeitsbereich annähernd konstant.

Durch die Regelung der der Feldwicklung 18 des Gleichstrommotors 14 zugeführten Erregerspannung 20 ist es möglich, die Geschwindigkeit und das Drehmoment des Antriebsmotors 14 zwischen einer Grundgeschwindigkeit und einer maximalen Geschwindigkeit zu steuern. Um das Elektrofahrzeug 10 bei einer Geschwindigkeit zu betreiben, die geringer als die Grundgeschwindigkeit des Motors 14 ist, kann in der bereits erwähnten Weise ein Drehmomentwandler verwendet werden. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten des Elektrofahrzeuges 10 wird die Felderregung verändert, um dadurch das Ausgangsdrehmoment des Motors 14 zu verändern, welches wiederum die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeuges 10 beeinflußt. Wenn das Fahrzeug 10 bei geringeren Geschwindigkeiten als der Grundgeschwindigkeit des Motors 14 betrieben wird, läuft dieser bei der Grundgeschwindigkeit und einer vorgegebenen Erregung im wesentlichen mit konstantem Drehmoment, und der zwischen dem Motor 14 und den Antriebsrädern 12 angeschlossene Drehmomentwandler gestattet den Betrieb des Elektrofahrzeuges 10 bei niedrigeren Geschwindigkeiten. Bei größeren Betriebsgeschwindigkeiten als denen, die der Grundgeschwindigkeit des Motors 14 entsprechen,

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ist keine Gleitcharakteristik oder veränderbare Einstellung des Drehmomentwandlers zur Veränderung der Geschwindigkeit des Elektrofahrzeuges IO erforderlich. Bei größeren Geschwindigkeiten als der Grundgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 14 wird die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeuges.10 über die der Feldwicklung 18 zugeführte Erregerspannung 20 (V_f) verändert, wodurch die Geschwindigkeit des Antriebsmotors 14 verändert wird. Bei geringeren Geschwindigkeiten als der Grundgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 14 wird die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeuges durch die Veränderung der Erregerspannung 20 (V-) für die Feldwicklung 18 verändert, indem das Ausgangsdrehmoment des Motors verändert wird, während die Geschwindigkeit des Motors konstant im wesentlichen auf der Grundgeschwindigkeit gehalten wird. Wenn der Motor in Verbindung mit einem Drehmomentwandler verwendet wird, wird durch Veränderung des Drehmomentes die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeuges 10 von Null bis zu einer der Grundgeschwindigkeit des Motors 14 entsprechenden Geschwindigkeit geändert.

Es ist ein Schutzrelais 60 mit einer Arbeitsspule 62 in Reihe mit der Feldwicklung 18 vorgesehen, wodurch der Motor 14 abgeschaltet wird, wenn der Strom i~ in der Feldwicklung 18 unter einen vorbestimmten Wert fällt. Das Schutzrelais 60 hat einen Satz von Arbeitskontakten 64 in Reihe mit dem Anker des Motors 14, welche sich öffnen und den Anker des Motors von der Batteriespannung 16 abschalten, falls der Feldstrom i- wegen eines Fehlers unter einen vorbestimmten Wert abfällt.

In Fig. 6 ist eine Kurvenschar 71, 73, 75 und 77 dargestellt, die das Drehmoment über der Drehzahl bei verschiedenen Drosselklappeneinstellungen darstellt. Der negative Drehzahlbereich unter der horizontalen Achse stellt den Bremsbetrieb dar. Wenn das Fußpedal 28 des Elektrofahrzeuges 10 beispielsweise vollständig durchgedrückt ist, so daß die Drossel 30 vollständig geöffnet ist, und S « 1 bei einer Motorgeschwindigkeit von 500O OpM beträgt, wurde das Fahrzeug 10 sich in einem Zustand entsprechend dem Punkt 70 der Kurve 71 befinden. Wenn dann die Fahrxeuggeschwindlgkeit ab-

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gesenkt werden soll und das Fußpedal 28 entlastet wird, so daß die Drossel 30 auf S = 0,5 eingestellt wird, würde das Elektrofahrzeug den Betriebszustand am Punkt 72 der Kurve 75 in dem Nutzbremsbetrieb aufweisen. Das negative den Antriebsrädern 12 zugeführte Drehmoment wird dann zur Bremsbeschleunigung des Elektrofahrzeuges 10 verwendet. Wenn das Elektrofahrzeug 10 abgebremst wird, setzt die geregelte Nutzbremsung Energie frei, die zur Aufladung der Batterien 16 verwendet werden kann. Ob das Elektrofahrzeug 10 sich im Nutzbremsbetrieb oder in dem positiven Antriebsbereich befindet ₍ hängt von der Einstellung der Drossel und der Geschwindigkeit des Elektrofahrzeuges 10 ab.

In Fig. 7 ist ein Diagramm des Ausgangsdrehmomentes des Motors über der Stellung der Drosselklappe 30 bei der vorbestimmten Grunddrehzahl dargestellt. Es ergibt sich, daß das Ausgangsdrehmoment des erfindungsgemäßen Regelungssystemes proportional der Einstellung der Drosselklappe 30 ist.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher der Regler 23 eine Felderregerspannung 20 erzeugt, die eine Funktion der Drehzahl des Elektrofahrzeuges 10 oder des Motors 14 sowie der Drosselklappenstellung und des Ankerstromes ist. Es gilt:

V_f »= f(i_a, S, n) (3)

dabei bedeutet V~ die Erregerspannung 2O, i den durch den Motor 14 fließenden Ankerstrom, S die Einstellung der Drosselklappe 30 und η die Drehzahl des Motors 14.

Dem Regler 23 wird über eine Leitung 26 eine dem Ankerstrom i„

proportionale Spannung zugeführt, die durch den Spannungsabfall am Parallelwiderstand 24 aufgrund des Ankerstromes i gewonnen

£1

wird. Eine der Drehzahl des Motors 14 proportionale Spannung kann durch mechanische Verbindung eines Tachometers 79 mit dem Motor 14 oder einem Antriebsrad des Elektrofahrzeuge» 10 erhalten und als proportionale Aasyenfeepennwif den Segler 23 über eine Leitung

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2 4 1 4:, 5 6

27 zugeführt werden.

Der Aufbau des Reglers 23 ergibt sich aus Fig. 5. Die Regel gleichung lautet:

V_f = (V₀ + K_xi_a + oCK₃n)(1-S) + K₂i_aS + V₁

dabei bedeutet K₃ das Ausgangssignal des Potentiometers 47 und das Ausgangssignal eines Elementes ist zwischen 0 und 1 entsprechend dem Ankerstrom veränderbar, der durch eine Magnetspule abgetastet wird, die mit einem Schalter 49 zusammenarbeitet, der geschlossen wird, falls der Ankerstrom i größer als 0 ist, und

welcher geöffnet ist, falls der Ankerstrom ί kleiner als 0 ist.

el

Es wird ein der Drehzahl des Elektrofahrzeuges 10 oder des Motors 14 proportionales Signal η erzeugt. V_Q und V₁ sind derart eingestellt, daß bei der Drosselklappeneinstellung S=O die volle Feldspannung erhalten wird und in diesem Fall läuft der Motor mit einer Grundgeschwindigkeit bei einer speziellen Ankerversorgungsspannung.

Die Spannung V-, bestimmt die minimale Feldspannung und stellt somit einen Schutz gegen überhöhte Geschwindigkeit des Motors 14 dar. Der durch den Ausdruck K_oi S dargestellte Anteil der Feld-

& CL

erregerspannung V- wird zur Regelung des Motordrehmomentes zurückgespeist, wenn das Feld durch eine größere Öffnung der Drosselklappe geschwächt wird und es wird eine Drehmoment/Drehzahlcharakteristik ähnlich wie bei einem Verbundmotor erhalten.

Der Ausdruck K₁i stellt das Rückkopplungssignal für ein geregel-

X el

tes Nutzbrems-Drehmoment dar, das über einen weiten Geschwindigkeit sbereich in etwa konstant ist. Der Ausdruck oC Κ-,η ergibt eine Drehmomentcharakteristik über einen hinreichend konstanten Geschwindigkeitsbereich bei Änderungen des gewünschten Ausgangsdrehmomentes. Dadurch kann das Elektrofahrzeug 10 mit weitgehend konstanter Geschwindigkeit betrieben werden, ohne die Einstellung der Drosselklappe 30 bei veränderter Belastung des Fahrzeuges zu verändern. DieserBelastungszustand tritt beispielsweise auf, wenn

IU ι Α ..j ο

das Fahrzeug einen Berg hinauf fährt. Der Betrieb des Reglers 23 entspricht demjenigen des Reglers 22, wobei es sich nicht um die Addition einer Signalspannung handelt, die der Drehzahl des Motors 14 oder des Fahrzeuges 10 proportional ist.

In Fig. 8 ist das Drehmoment über der Drehzahl bei verschiedenen Drosseleinstellungen des in den Fig. 4 und 5 dargestellten Reglers ersichtlich. Diese Kurven sind ähnlich den Kurven in Fig. 6 außer den Bereichen 82, 83 und 84, die eine im wesentlichen konstante Ausgangsgeschwindigkeit des Antriebsmotors 14 bei einer veränderlichen Drehmomentbelastung zeigen, nachdem der Motor 14 mit einer konstanten Geschwindigkeit läuft. Dadurch können sich die Drehmomentanforderungen an den Motor 14 ändern, ohne daß die übliche Betriebsgeschwindigkeit des Fahrzeuges 10 bei einer gegebenen Einstellung der Drosselklappe 30 verändert wird. Die Werte der Regelparameter K₁, K₂, K₃, V₁ und V_Q bestimmen sich durch Betrachtung der maximalen Feldspannung, der minimalen Feldspannung, welche die maximale lastfreie Geschwindig· keit bestimmt, des maximalen bei der Grundgeschwindigkeit gewünschten Drehmomentes, des maximalen Bremsdrehmomentes bei der Einstellung 0 und der Drehmomenterfordernisse bei der üblichen Betriebsgeschwindigkeit.

In dem dargestellten Regelungssystem wird der Motor 14 nicht unterhalb der Grundgeschwindigkeit betrieben, und die Drehmoment/ Drehzahlregelung des Motors durch Veränderung des Feldes 18 ist auf Geschwindigkeiten über der Grundgeschwindigkeit beschränkt. Falls eine Regelung der Motorgeschwindigkeit unter der Grundgeschwindigkeit erforderlich ist, kann dieses durch herkömmliche Ankerregler, d.h. durch Ankerstromunterbrecher oder Widerstandsregler erreicht werden. Der dargestellte Regler 23 kann zusammen mit einem Drehmomentwandler verwendet werden, so daß eine Regelung der Geschwindigkeit des Elektrofahrzeuges 10 vom Stillstand bis zur gewünschten Maximalgeschwindigkeit erhalten wird. Die Geschwindigkeitsregelung des Elektrofahrzeuges 10 wird ursprünglich erhalten, indem das Ausgangsdrehmoment des Motors 14 bei der

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ORIGINAL INSPECTED

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Grundgeschwindigkeit verändert wird. Wenn größere Geschwindigkeiten als die Grundgeschwindigkeit des Motors 14 erforderlich sind, wird dessen Geschwindigkeit erhöht. Der Wirkungsgrad eines entsprechend der Erfindung geregelten Motors ist höher als bei bekannten Unterbrecherregelungen. In Fig. 9 ist der Wirkungsgrad über der Geschwindigkeit der Abtriebswelle von zwei ähnlichen Motoren dargestellt. Die Kurve 90 zeigt den Wirkungsgrad eines Unterbrecher-Reglers, während die Kurve 92 den Wirkungsgrad eines entsprechend der Erfindung geregelten Motors darstellt. Der Wirkungsgrad des dargestellten Reglers ist wesentlich besser als derjenige des herkömmlichen Gleichstrom-Ankerstromunterbrechers, obgleich Schlupfverluste in dem Drehmomentwandler vorhanden sind.

Durch die Erfindung wird ein sehr zuverlässiger Regler mit geringem Gewicht, kleinen Abmessungen und niedrigen Kosten zur Verwendung in Elektrofahrzeuge!! geschaffen. Der Regler 22 oder 23 hat ein eingebautes Sicherheitsmerkmal, so daß bei einem Systemfehler der Motor entweder ganz abgeschaltet oder eine teilweise Abschaltung bei Betrieb mit niedrigen Geschwindigkeiten zugelassen wird. Mit einer Zentrifugalkupplung oder einem Drehmomentwandler für geregelte Schlupf- und/oder Drehmomentmultiplikation bei Geschwindigkeiten der Abtriebswelle unter der Grundgeschwindigkeit wird die Drehmomentregelung von der Geschwindigkeit O bis zur Maximalgeschwindigkeit bewirkt. Der Wirkungsgrad des dargestellten Systemes ist größer als derjenige bei bekannten Unterbrecher-Reihenschlußmotoren .

Patentansprüche t

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Claims

Ik ι i». j b Patentansprüche :

1. Elektrofahrzeug mit einer Drosselklappeneinrichtung, die zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Gleichetrommotor (14) zur Bewegung des Elektrofahrzeuges (10) vorgesehen ist, der Motor eine getrennt erregte Feldwicklung (18) zur Regelung eines Betriebs sowie eine Ankerwicklung aufweist und ein Feldregler (22) eine Erregerspannung (20) an das getrennt erregte Feld des Gleichstrommotors abgibt, die eine Funktion der Einstellung der Drosselklappeneinrichtung (30) und des durch die Ankerwicklung des Gleichstrommotors fließenden Stromes ist, wodurch die Drehxnoment/Drehzahlcharakteristik des Motors in der gewünschten Weise während des normalen Betriebes und während des Nutzbremsbetriebes geregelt wird.

2. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Feldregler (22) einen Schaltkreis zur Abgabe einer Spannung (2O) an die getrennt erregte Feldwicklung des Gleichstrommotors aufweist, welche eine Funktion der Einstellung (S) der Drosselklappe (30), des durch den Anker des Gleichstrommotors (14) fließenden Stromes und der Drehzahl des Motors ist.

3. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldregler (22) einen Schaltkreis zur Abgabe einer Spannung (20) an die getrennt erregte Feldwicklung (18) des Gleichstrommotors aufweist, welche eine Funktion der Einstellung der Drosselklappe, des durch den Anker des Motors fließenden Stromes und der Drehzahl des Elektrofahrzeuge· (10) iat.

4. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch g e k β η η -

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zeichnet, daß der Feldregler einen Schaltkreis zur Abgabe einer Erregerspannung (V_f) an die getrennt erregte Feldwicklung des Gleichstrommotors aufweist, die gleich

^Vf - ^(V0 ^{+ K}lⁱa⁾⁽¹"^{S) + K}2ⁱa^{S + V}l

ist, wobei V_Q und V, die Referenzspannungseinstellungen, K, und K₂ die Potentiometereinstellungen, S die Stellung der Drosselklappeneinrichtung zwischen der geschlossenen Position (S =s 0) und einer geöffneten Position (S = 1) und i₌ den durch die Ankerwicklung fließenden Strom darstellen.

Gl

5. Elektrofahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldregler einen Schaltkreis zur Abgabe einer Erregerspannung (V-) an die getrennt erregte Feldwicklung (18) des Gleichstrommotors aufweist, die gleich

^Vf ^{= iV}0 ^{+ K}lⁱa ⁺ <^K3^{n) (1}~^{s) + K}2ⁱa^{S + V}l ist, wobei V„ und V, Referenzspannungseinstellungen, K,, K₂ und K₃ Potentiometereinstellungen, S die Position der Drosselklappeneinrichtung, welche zwischen einer gesperrten Lage (S = 0) und einer voll geöffneten Lage (S = 1) einstellbar ist, i den Ankerstrom, η eine der Motordrehzahl

el

proportionale Spannung darstellen und Ji den Wert eins hat, wenn i größer als Null ist und 06 den Wert Null hat, wenn

el

i kleiner als. Null ist.

Cl

6. Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldregler eine Spannung an die getrennt erregte Feldwicklung (18) des Gleichstrommotors abgibt, die gleich

V_f » (V₀ + K₁I₃ + «CK₃n) (1-S) + K₂i_aS + V₁

ist, wobei V₁ und V_Q Referenzspannungseinstellungen, K₁, K₂ und K₃ Potentiometereinstellungen, S die Einstellung der Drosselklappeneinrichtung, welche zwischen einer gesperrten Position (S β 0) und einer voll geöffneten Position (S = 1)

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veränderbar ist, i den Ankerstrom, η eine der Drehzahl des Elektrofahrzeuges proportionale Spannung darstellen und

aC einen Wert zwischen Null und eins hat, der durch den Ankerstrom bestimmt ist.

7. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor ein Ausgangsdrehmoraent abgibt, das proportional der Einstellung der Drosselklappeneinrichtung (30) ist und das Elektrofahrzeug eine Nutzbremseinrichtung hat, die ein geregeltes Nutzbremsmoment abgibt, das im wesentlichen über einen vorbestimmten Drehzahlbereich bei einer gegebenen Einstellung der Drosselklappeneinrichtung konstant ist.

8. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheitseinrichtung zum Begrenzen der Geschwindigkeit des Gleichstrommotors vorgesehen ist, die Sicherheitseinrichtung einen Schaltkreis zur Abgabe einer minimalen Spannung an die getrennt erregte Feldwicklung des Gleichstrommotors aufweist und eine Abschalteinrichtung den Ankerstromkreis öffnet, wenn der durch die getrennt erregte Feldwicklung des Gleichstrommotors fließende Strom unter einen vorgegebenen Wert fällt.

9. Elektrofahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschalteinrichtung (fO) eine Betriebsspule (62) aufweist, die in Reihe mit der getrennt erregten Feldspule liegt, und daß sie einen Satz von Arbeitskontakten (64) aufweist, die in Reihe mit dem Anker des Gleichstrommotors (14) liegen und auf den durch die Betriebsspule fließenden Feldstrom ansprechen und öffnen, wenn der durch die Betriebsspule fließende Strom unter einen vorgegebenen Minimalwert fällt.

10. Elektrofahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Feldregler einen Nebenwiderstand

U 0 I' I· '-.'I I U 3 3 3

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(24) aufweist, der in Reihe mit dem Anker des Gleichstrommotors geschaltet ist und ein dem Ankerstrom proportionales Spannungssignal abgibt.

11. Elektrofahrzeug nach Anspruch 2,. dadurch gekennzeichnet, daß ein Tachometer (79) mechanisch mit dem Gleichstrommotor (14) verbunden ist und ein Spannungssignal an den Feldregler abgibt, das proportional der Drehzahl des Gleichstrommotors ist.

12. Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsrad durch den Gleichstrommotor zur Bewegung des Elektrofahrzeuges angetrieben ist und ein Tachometer (79) mechanisch mit dem Antriebsrad verbunden ist und an den Feldregler ein der Drehzahl des Elektrofahrzeuges (10) proportionales Spannungssignal abgibt.

13. Elektrofahrzeug mit einem Gleichstrommotor zum Antrieb des Fahrzeugs, der im Nutzbremsbetrieb beim Abbremsen des Elektrofahrzeuge als Generator arbeitet, dadurch gekennzeichnet , daß ein Nutzbremsregler den Betrieb des Gleichstrommotors derart regelt, daß ein Nuti-Bremsmoment abgegeben wird, das über einen weiten Drehzahlbereich des Elektrofahrzeuge relativ konstant ist.

14. Elektrofahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine getrennt erregte Feldwicklung in dem Gleichstrommotor zur Regelung des Betriebs des Motors (14) vorgesehen ist und der Nutzbremsregler eine Felderregereinrichtung aufweist, die elektrisch mit der getrennt er- . regten Feldwicklung verbunden ist, so daß eine Erregerspannung an dieser Feldwicklung abgegeben wird, wodurch ein Nutzbremsmoment durch den Gleichstrommotor erzeugt wird, das im wesentlichen über einen vorbestimmten Drehzahlbereich des Elektrofahrzeuge« konstant ist.

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15. Elektrofahrzeug mit einem Gleichstrommotor zum Antrieb des Fahrzeugs, welcher eine getrennt erregte Feldwicklung zur Regelung des Betriebs des Gleichstrommotors aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß ein Feldregler einen Schaltkreis zur Abgabe einer Erregerspannung an die getrennt erregte Feldwicklung des Gleichstrommotors aufweist und eine konstante Drehzahl des Elektrofahrzeugs aufrechterhält, während das erforderliche Ausgangsdrehmoment des Gleichstrommotors sich innerhalb eines vorbestimmten Bereiches ändern kann.

4QU842/0333