DE3439700A1 - Brennkraft-elektrisch angetriebenes fahrzeug - Google Patents

Description

• Brennkraft-elektrisch ange-
• triebenes Fahrzeug Beschrei,bung Die erfindung betrifft ein brennkraft-elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere Turbine, einem von dieser angetriebenen elektrischen Generator, mindestens zwei, Je einem Fahrzeugrad zugeordneten elektrischen Antriebsmotoren und eine die Stromversorgung der Antriebsmotoren vom Generator steuernden Ein Fahrzeug dieser Art ist aus DE-OS 19 41 503 bekannt.
• Bei diesem Fahrzeug ist der von der Turbine angetriebene Generator ein Gleichstromgenerator, während die den An- triebsrädern zugeordneten Motoren Gleichstrom- oder Wechselstrommotoren sein können. Die Drehzahl der Turbine wird selbsttätig so geregelt, daß der Gleichstromgenerator konstante Spannung abgibt.
• Nicht gelöst ist bei dieser bekannten Anordnung jedoch das Problem, an allen Rädern des Fahrzeugs ein exakt gleiches Antriebsdrehmoment zur Verfügung zu stellen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der genannten Art mit einem wirksamen Allradantrieb auszustatten und dabei auch die sich aus der hohen Betriebsdrehzahl der Turbine ergebenden Probleme zu berücksichtigen Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Fahrzeug der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß jedem Rad des Fahrzeugs ein Synchronmotor als Antriebsmotor zugeordnet ist und sämtliche Synchronmotoren parallel zueinander direkt von einem Synchrongenerator beaufschlagt sind, und daß der von der Turbine angetriebene Generator ein asynchroner Wechselstromgenerator, insbesondere Drehstromgenerator ist, der einen den Synchrongenerator antreibenden Wechselstrommotor mit Strom beaufschlagt.
• Die Verwendung von Synchronmotoren an allen Rädern ergibt einen Allradantrieb mit exaktem Gleichlauf und gleicher Drehmomentverteilung an allen Rädern. Die erforderliche Steuerung der Drehzahl bzw. der Antriebsleistung kann einerseits durch Steuerung der Treibstoffzufuhr zur Turbine und ander9rseits durch Steuerung des von ihr angetriebenen Wechselstromgenerators erfolgen. Die von diesem Wechselstromgenerator, z . B. Drehstrom-Generator, abgegebene elektrische Leistung ist vprzugsweise dadurch steuerbar, daß der Erregerstrom des Generators durch die Steuerschaltung verändert wird, insbesondere mittels mindestens eines steuerbaren Gleichrichters. Dieser steuerbare Gleichrichter hat somit die Funktion einer Kupplung oder eines Wandlers, um die Leistung der Turbine mehr oder weniger in elektrische Energie für den Antrieb umzusetzen, bzw. die Turbine mehr oder wepiger mit Antriebslast zu beaufschlagen. Vorzugsweise ist deshalb der steuerbare Gleichrichter mantels des Kupplungspedals des Fahrzeugs betätigbar.
• Die erfindungsgemäße Anordnung, bei der zwischen dem von der Turbine angetriebenen Wechseistromgenerator und den de,n Rädern z-uçordneten Synchronmotoren eine aus Elektromotor und Synchrongenerator bestehend-e Wandlerstufe zwischengçschaltet ist, kann auch in sehr einfacher Weise die Funktion eines Untersetzungsgetriebes übernehmen. Vorzugsweise ist hierfÜr die Polzahl des Wechselstrommotors ein Vielfaches der Polzahl des Drehstromgenerators und/oder ein Bruchteil der Polzahl des Synchrongenerators, wobei sich die Polzahlen vorzugsweise wie 1:3:9 verhalten können, so daß sich eine neunfache Drehzahl-Untersetzung ergibt.
• Um z.B. für Kurvenfahrten unterschiedliche Drehungen der Räder zu ermöglichen, ist vorzugsweise jeder Synchronmotor mit dem zugehörigen Rad über einen bezüglich der Drehrichtung umsteuerbaren Freilauf verbunden.
• Für das Starten des Fahrzeugs ist vorzugsweise der Drehstromgenerator als Motor zum Starten der Turbine betreibbar, wobei die Strombeaufschlagung durch einen Hilfsgenerator erfolgt, der mittels einer durch üblichen Anlasser startbaren Hilfsbrennkraftmaschine angetrieben ist.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Schaltschema der Antriebseinrichtungen eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs; Fig. 2 Einzelheiten eines erfindungsgemäßen vorgesehenen und 3 Freilaufs.
• In Fig. 1 ist F eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Turbine, die die Antriebsleistung für das Fahrzeug erzeugt. Die Turbine F treibt einen Drehstromgenerator E an, dessen Erregerstrom mittels eines steuerbaren Gleichrichters M steuerbar ist. Mit dem vom Generator E erzeugten Strom wird über einen Schalter 5 ein Elektromotor G, vorzugsweise ein Asynchron-Wechselstrommotor, beaufschlagt' der einen Synchrongenerator H antreibt. Mit dem vom Synchrongenerator H erzeugten Strom werden über den Schalter L oier Synchronmotoren I direkt und paral-lel beaufschlagt, Jeder Synchronmotor I ist einem Rad K des Fahrzeugs zugeordnet und treibt dieses über einen umsteuerbaren Freilauf J an. Der Einfachheit halber ist in Fig. 1 nAr ein Rad K mit zugehörigem Synchronmotor I und Freilauf J dargestellt und die übrigen nur angedeptet,. Die Räder sind ferner mit (nicht dargestellten) Bremsen versehen.
• Der vom Drehstromgenerator K erzeugte Strom kann ferner über einen steuerbaren Gleichri'chter N und Schalter 4, 2 zur Fahrzeugbatterie A geleitet werden, um diese aufzuladen.
• Zum Starten der Turbine F kann de-Wechselstromgenerator E als Motor betrieben werden. Zu diesem Zweck wird der Schalter 5 geöffnet und der Erregerwicklung des Generators E ird über die Schalter 2, 3 Batteriespannung zugeführt. Ebenso wird über einen Schalter 1 einem Wechselstrom-Hilfsgenerator D Erregerstrom zuge- fUhrt. Der Hilfsgenerator D wird von einem Brennkraft-Hilfsmotor C, z.B. einem kleinen Kolbenmotor, angetrieben, der mittels des Ublichen Anlassers B gestartet wird.
• Der Wechselstromgenerator E, der Wechselstrommotor G und der Synchrongenerator H haben vorzugsweise unterschiedliche Polzahlen, um jeweils eine Drehzahluntersetzung zu bewirken. Vorzugsweise verhalten sich die genannten Polzahlen wie 1:3:9, so daß von der Turbine F bis zu den Antriebsrädern K eine neunfache Drehzahluntersetzung bewirkt wird. Es ist jedoch auch möglich, die Anordnung so zu gestalten, daß z.B. durch Zu- oder Wegschalten von Wicklungen im Wechselstrommotor G die wirksame Polzahl verändert werden kann, um somit das Untersetzungsverhältnis nach Art einer Gangschaltung zu variieren.
• Der zwischen Synchronmotor I und rad K wirksame Freilauf J ist in Fig. 2 und 3 schematisch dargestellt. Von den beiden Wellenstücken 10,12 ist das eine mit dem Läufer des Synchronmotors I und das andere mit dem Rad K starr verbunden. Auf dem Wellenstück 12 sitzt eine Scheibe 14, die auch am WellenstUck 10 mittels Kugellager 16 zentriert sein kann. Auf dem anderen WellenstUck 10 sitzt ein scheibenförmiger Träger 18, der einen den Umfang der Scheibe 14 umgebenden Kranz von Klemmklinken 20 trägt. Jede Klemmklinke 20 ist mittels eines Elektromagneten 22 zwischen. einer zurückgezogenen unwirksamen Stellung upd einer radial nach innen geschwenkten Wirkstellung umsteuerbar. Die Klinken 20 sind, wie Fig. 2 zeigt, abwechse,lnd in der einen und anderen Drehrichtung wirksam angeordnet. Jede Klinke hat eine bezüglich ihrer Schwenkachse exzentrisch verlaufende äußere Nockenfläche 24, die sich in einer Drehrichtung gegen die Umfangsfläche der Scheibe 14 verklemmen kann, sie aber in der anderen Drehrichtung freigibt. 4e nach der gewünschten Antriebsrichtung'des Fahrzeugs, d.hw Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt, wird eine Gruppe der Klinken 20 mittels der Elektromagneten 22 in die unwirksame Stellung gesteuert, so daß nur die andere Gruppe wirksam ist und in der einen Drehrichtung die Antriebsübertragung und in der anderen Drehrichtung den Freilauf bewirkt. Zur Drehrichtungs-Umschaltung der Freiläufe dient der in Fig. 1 dargestellte Schalter Die Betriebsweise des Fahrzeugs nach Fig. 1 ist wie folgt: Zum Anlassen werden die Schalter 1, 2, 3, 4 geschlossen und die Schalter 5 und ç geöffnet. Der Anlasser B startet den Hilfsbrennkraftmotor C, und der Hilfsgenerator D beaufschlagt den Drehstromgenerator E derart mit Strom, daß dieser als Motor zum Anlassen der Turbine F dient.
• Wenn die Turbine F läuft, werden die Schalter 1 und 3 geöffnet und die Schalter 5 und 6 geschlossen, so daß der Generator E nun im Generatorbetrieb sich selbst erregt und den Wechselstrommotor G mit Strom beaufschlagt. Der Schalter L wird in die Stellung für Fahren gebracht, so daß die Synchronmotoren I mit dem Strom vom Synchrongenerator H beaufschlagt werden.
• Während der Fahrt kann der steuerbare Gleichrichter M z.B. mittels des Kupplungspedals des Fahrzeugs betätigt werden, um den Erregerstrom des Generators E zu sperren, so daß dieser leerläuft und keinen Strom erzeugt, so daß auch an Turbine F keine Last mehr liegt. Alternativ ist es auch möglich, die Steuerschaltung mit einem oder mehreren steuerbaren Gleichrichtern als kontinuierlichen Wandler auszugestalten, der z.B. in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung des Fahrzeugs gesteuert wird und kontinuierlich den Erreger strom des Generators E und damit den Grad der Lastbeaufschlagung der Turbine F steuert.
• Der Hilfsbrennkraftmaschine C, die zum Starten verwendet wird, können noch andere Funktionen zugeordnet werden. Z.B. kann sie im Standbetrieb, wenn das Laufenlassen der Turbine unwirtschaftlich ist, zur Energieversorgung einer Standheizung und/oder einer Standstromversorgung dienen.

Claims (9)

1. Brennkraft-elektrisch angetriebenes Fahrzeug P a t e n t a n s p ruche Brennkraft-elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere Turbine, einem von dieser angetriebenen elektrischen Generator, mindestens zwei, je einem Fahrzeugrad zugeordneten elektrischen Antriebsmotor und einer die Stromversorgung der Antriebsmotoren vom Generator steuernden Steuerschaltung, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jedem Rad (K) des Fahrzeugs ein Synchronmotor (I) als Antriebsmotor zugeordnet ist und sämtliche Synchronmotoren (I) parallel zueinander direkt von einem Synchrongenerator (H) beaufschlagt sind, und daß der von der Turbine (F) angetriebene Generator (E) ein asynchroner Wechselstromgenerator, insbesondere Drehstromgenerator ist, der einen den Synchrongenerator (H) antreipenden Wechselstrommotor (G) mit Strom beaufschlagt.
2. 2, Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß durch die Steuerschaltung (M, 6) der Erregerstrom des Drehstromgenerators (E) steuerbar ist.
3. 3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerschaltung mindestens einen steuerbaren Gleichrichter (M) enthält.
4. 4,t Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Polzahl des Wechselstrommotors (G) ein Vielfaches der Polzahl des Drehstromgenerators (E) und/oder ein Bruchteil der Polzahl des Synchrongenerators (H) ist.
5. 5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Polzahlen von Drehstromgenerator (E), Wechselstrommotor (G) und Synchrongenerator (H) sich wie 1:;9 verhalten.
6. 6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder Synchronmotor (I) mit dem zugehörigen Rad (K) über einen bezüglich der Drehrichtung umsteuerbaren Freilauf (J) verbunden ist.
7. 7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Drehstromgenerator (E) als Motor zum Starten der Turbine (F) betreibbar ist und hierfür mit Strom von einem Hilfsgenerator (D) beaufschlagbar ist, der von einem mittels Anlasser (B) startbaren Hilfs-Brennkraftmotor (C) angetrieben ist.
8. 8. Fahrzeug nach Anspruch 7 , dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Hilfs-Brennkraftmotor (C) auch zur Energieversorgung einer Standheizung und/oder Standstromversorgung betreibbar ist.
9. 9. Fahrzeug nach Anspruch 2 oder 3 , dadurch g e -k e n n z e ich ne t , daß die Steuerschaltung (M, 6) mittels des Kupplungspedals des Fahrzeugs steuerbar ist.