EP2625773A2 - Antrieb mit zuschaltbarem lastelement - Google Patents

Antrieb mit zuschaltbarem lastelement

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EP2625773A2
EP2625773A2 EP11813770.2A EP11813770A EP2625773A2 EP 2625773 A2 EP2625773 A2 EP 2625773A2 EP 11813770 A EP11813770 A EP 11813770A EP 2625773 A2 EP2625773 A2 EP 2625773A2
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EP
European Patent Office
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generating
flow
electric machine
drive according
load
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Withdrawn
Application number
EP11813770.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Strothmann
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STROTHMANN, ROLF
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Individual
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Publication date
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the invention relates to a drive with a motor for generating a positive driving force and for generating a negative driving force (braking force) generator-operable electric machine, a motor drive aTe electric machine supplying power and rechargeable in generator mode by the electric machine accumulator and a load resistor comprehensive facilities to limit the charging of the battery.
  • the invention further relates to an element which can be used in particular for such a drive for forming an electrical load comprising a load resistance.
  • Electric drives of the above type which allow recovery of drive energy, have long been known and are used in different land vehicles.
  • the newly gaining importance hybrid vehicles include such, combined with an internal combustion engine, which can produce a regenerative braking force downhill, the battery to be charged forms the load required to generate the braking force.
  • the invention has for its object to provide a new drive or a new load element of the type mentioned above with a reduced in size load resistance.
  • the object of this invention still driving the invention is characterized in that the limiting devices further devices for generating a heat dissipating from the load resistance flow.
  • the element for forming an electrical load is characterized by a conveying element for generating a flow which is dissipated by the load resistance heat.
  • the load resistance can have low rougher dimensions and thus also a low weight.
  • the heat dissipation according to the invention with the aid of the flow, it is possible to reduce both the line cross section and the line length while maintaining the same resistance value.
  • the heat dissipation prevents too high, the resistance material, in particular its dimensional stability, impairing temperatures.
  • the flow generating means are provided for generating an air flow for which ambient air is available to an unlimited degree.
  • a flow is generated which, before it reaches the load resistance, the electric machine and / or the accumulator um- and / or has flowed through.
  • a cooling of the electric can be done in this way
  • the flow generation devices comprise the flow on the load resistance concentrating guide devices, in particular a conical channel wall, which for a
  • a flow generating Forderelement the flow generating device can be driven by a separate drive motor and / or by said electric machine itself, in the latter case, a load element may need only have the load resistance and the flow-generating conveyor element, in which it is in a preferred Embodiment of the invention is an impeller, as used for example in an electric hair dryer.
  • the impeller is arranged coaxially to the axis of rotation of the electric machine or the separate drive motor.
  • the load resistor and / or the flow-generating devices are integrated in a unit comprising the electrical machine or / and a unit comprising the accumulator. Such integration advantageously contributes to the compact design of the drive.
  • the separate drive motor and / or the electric machine is or are advantageously designed as a multi-phase machine with star-connected phase strands, wherein in particular the separate drive motor and / or the electric machine means for determining the rotational position of the rotor based on an evaluation of the potential at the Stemyak include or include.
  • the latter motor can be very simple to set up without special parts for the determination of the position and thus has a high reliability, by which a failure of the engine and thus a burn through of the load resistance can be excluded.
  • Fig. 1 shows a drive according to the invention in a schematic representation.
  • FIG. 3 shows a motor assembly with integrated load element according to the invention.
  • a drive shown schematically in FIG. 1, which may be, for example, an auxiliary drive for a bicycle, comprises a three-phase synchronous motor 1.
  • the upper phase conductor 2 is connected to a control device 3 comprising a power circuit.
  • the control device 3 connects the synchronous motor 1 according to the impuisweitenmodulafionshabilit in phases with an accumulator 4.
  • the synchronous motor 1 is above the control device 3 further connected to a load element 5.
  • the load element 5 surrounds a load resistor 6, a driven by a motor 7 Hill 8 for generating a load flow 6 flowing around the air stream 9 and the air flow 9 on the load resistor 6 concentrating flow leelbieche 10th
  • the motor 7 is also a three-phase synchronous motor, which is connected to the control device 3 via phase conductors 11.
  • phase conductors of both the synchronous motor 1 from also the motor 7 are connected in a star.
  • the Stemtician the synchronous motor 1 is above a line 12 and the Stemtician the motor 7 above a line 13 in conjunction with the control device. 3
  • Bn to the accumulator 4 connected in series resistor 1 can be controlled and possibly part of the power circuit comprehensive control device 3. in operation of e.g. the drive of Rg. 1 as an auxiliary drive using bicycle produces the synchronous motor 1 when driving in the plane or uphill a forward driving force.
  • the accumulator 4 supplies the operating current required for motor operation.
  • the controller 3 can ensure that the synchronous motor 1 works whether generator and generates a backward braking force.
  • the thereby resulting by implementation of the mechanical braking work electric energy flows as a rule in the accumulator 4, which together with the resistor 14 forms the load required for the generation of the braking force by the synchronous motor 1.
  • the control device 3, taking into account the respective rechargeable battery voltage, the charging current which is the maximum value for the rechargeable battery.
  • the control device 3 monitors the accumulator voltage dependent on the state of charge. Upon reaching the maximum permissible accumulator voltage, ie at the maximum charge of the accumulator, the control device 3 switches from the accumulator 4 to the load element 5 as a braking load for the synchronous motor 1, so that it can not come to further, for the accumulator pity her charge.
  • the Lostwiderstand 6 of the load element 5 In the embodiment shown approximately as the heating coil of a hair dryer is formed, due to the cooling air flow 9 with low cross-section and low line length and thus overall small dimensions and low weight. It is understood that the cooling is dimensioned by the air flow 9 so that no temperature affecting the material of the load resistance arise.
  • the dimensions of the load resistor 6 may be so small that the load element 5 can easily integrate into a rechargeable battery or motor, as can be seen from FIGS. 2 and 3.
  • An accumulator assembly 4a shown in FIG. 2 comprises an outer housing 15 in which, in addition to an accumulator cell 16, a load element 5a with a load resistor 6a and an assembly of an impeller 8a and a motor 7a is accommodated.
  • An airflow 9a generated by the impeller 8a is concentrated by a conical baffle 10o and directed to the load resistor 6a.
  • An intake flow 17 of the air flow 9a on the side facing away from the load resistor 6a side of the impeller 8a flows around and cools the battery cell 16th
  • a load element 5b of a load resistor 6b and a wing rod 8b is accommodated in addition to an annular stator 19 and a rotor 21 rotatable about an axis 20.
  • the impeller 8b coaxial with the rotation axis 20 is connected to the rotor 21 and generates an air flow 9b. which is concentrated by a conical baffle 10b on the load resistor 6b.
  • An intake flow 22 of the air flow 9b flows cooling through the electric motor.
  • the winding of the drive motor 7 ′ .7a for the impeller 8 ′ itself could form the load resistance and the drive motor to be flowed through by the air flow generated by the impeller while cooling the winding.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antrieb mit einer zur Erzeugung einer positiven Antriebskraft motorisch und zur Erzeugung einer negativen Antriebskraft (Bremskraft) generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine (1), einem bei motorischem Betrieb die elektrische Maschine (1) mit Strom versorgenden und im generatorischen Betrieb durch die elektrische Maschine (1) aufladbaren Akkumulator (4) und einen Lastwiderstand (6) umfassenden Einrichtungen zur Begrenzung der Aufladung des Akkumulators (4). Erfindungsgemäß weisen die Begrenzungseinrichtungen ferner Einrichtungen (7, 8, 10) zur Erzeugung einer vor dem Lastwiderstand (6) Wärme ableitenden Strömung (9) auf. Die Erfindung betrifft ferner ein Element zur Bildung einer elektrischen, insbesondere in einem solchen Antrieb verwendbaren Last mit einem Lastwiderstand. Erfindungsgemäß ist ein Förderelement (8) zur Erzeugung von dem Lastwiderstand (6) Wärme abführenden Strömung (9) vorgesehen.

Description

Beschreibung:
„Antrieb mit zuschaltbarem Lastelement"
Die Erfindung betrifft einen Antrieb mit einer zur Erzeugung einer positiven Antriebskraft motorisch und zur Erzeugung einer negativen Antriebskraft (Bremskraft) generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine, einem bei motorischem Antrieb aTe elektrische Maschine mit Strom versorgenden und im generatorischen Betrieb durch die elektrische Maschine aufladbaren Akkumulator und einen Lastwiderstand umfassenden Einrichtungen zur Begrenzung der Aufladung des Akkumulators. Die Erfindung betrifft femer ein insbesondere für einen solchen Antrieb verwendbares Element zur Bildung einer elektrischen, einen Lastwidersfand umfassenden Last.
Elektrische Antriebe der oben genannten Art, die eine Rückgewinnung von Antriebsenergie ermöglichen, sind seit langem bekannt und werden in unterschiedenen Landfahrzeugen eingesetzt. Auch die neuerdings an Bedeutung gewinnenden Hybridfahrzeuge umfassen einen solchen, mit einem Verbrennungsmotor kombinierten Antrieb, der bergab eine generatorische Bremskraft erzeugen kann, wobei die zu ladende Batterie die zur Erzeugung der Bremskraft erforderliche Last bildet.
Bei drohender Überladung des Akkumulators wird auf den genannten Lastwiderstand umgeschaltet, der ein Wefterfüeßen des Generatorstromes ohne weitere Aufladung des Akkumulators ermögßcht.
Der Erfindung legt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Antrieb bzw. ein neues Lastelement der eingangs genannten Art mit einem in der Baugröße verringerten Lastwiderstand zu schaffen. Der diese Aufgabe lösende Antrieb noch der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet dass die Begrenzungseinrichtungen femer Einrichtungen zur Erzeugung einer von dem Lastwiderstand Wärme ableitenden Strömung aufweisen. Entsprechend ist das Element zur Bildung einer elektrischen Last durch ein Förderelement zur Erzeugung einer von dem Lastwiderstand Warme abfuhrenden Strömung gekennzeichnet.
Vorteilhaft kann der Lastwiderstand geringe röurriche Abmessungen und damit auch ein geringes Gewicht aufweisen. Durch die erfindungsgemäße Wärmeableitung mit Hilfe der Strömung bt es möglich, bei gleichbleibendem Widerstandswert sowohl den Leitungsquerschnitt als auch die Leitungslänge zu verringern. Die Wärmeableitung verhindert zu hohe, das Widerstandsmaterial, insbesondere dessen Formbeständigkeit, beeinträchtigende Temperaturen.
Während zur Bildung der Strömung unterschiedliche Strömungsmedien einschlieBlich strömender Flüssigkeiten verwendbar wären, sind in einer bevorzugten Ausführungs- form der Erfindung die Strömungserzeugungseinrichtungen zur Erzeugung eines Luftstroms vorgesehen, für den Umgebungsluft in unbegrenztem Maße zur Verfügung steht.
Zweckmäßig wird eine Strömung erzeugt, die, bevor sie den Lastwiderstand erreicht, die elektrische Maschine oder/und den Akkumulator um- oder/und durchströmt hat. Vortelhaft lässt sich auf diese Weise zusätzlich eine Kühlung der elektrischen
Maschine oder/und des Akkumulators erreichen. in weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Strömungs- erzeugungseinrichtungen die Strömung auf den Lastwiderstand konzentrierende Leiteinrichtungen, insbesondere eine konische Kanalwand, welche für eine
Verdichtung der Strömung am Lastwiderstand sorgen.
Ein die Strömung erzeugendes Forderelement der Strömungserzeugungseinrichtung kann durch einen gesonderten Antriebsmotor oder/und durch die genannte elektrische Maschine selbst antreibbar sein, in letzterem Fall braucht ein Lastelement ggf. nur den Lastwiderstand und das die Strömung erzeugende Fördereiement aufzuweisen, bei dem es sich in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung um ein Flügelrad handelt, wie es z.B. in einem elektrischen Fön verwendet wird. Vorzugsweise ist das Flügelrad koaxial zur Drehachse der elektrischen Maschine oder des gesonderten Antriebsmotors angeordnet. in einer besonders bevorzugten AusfOhrungsform der Erfindung sind der Lastwiderstand oder/und die Strömungserzeugungseinrichtungen in eine die elektrische Maschine umfassende Baueinheit oder/und eine den Akkumulator umfassende Baueinheit integriert. Vorteilhaft trögt eine solche Integration zur kompakten Bauform des Antriebs bei.
Der gesonderte Antriebsmotor oder/und die elektrische Maschine ist bzw. sind vorteilhaft als mehrphasige Maschine mit im Stern verschalteten Phasensträngen ausgebildet, wobei insbesondere der gesonderte Antriebsmotor oder/und die elektrische Maschine eine Einrichtung zur Bestimmung der Drehposition des Rotors anhand einer Auswertung des Potentials am Stempunkt umfasst bzw. umfassen. Letzterer Motor lässt sich ohne besondere Teile für die Bestimmung der Position sehr einfach aufbauen und weist damit eine hohe Zuverlässigkeit auf, durch die ein Ausfall des Motors und damit ein Durchbrennen des Lastwiderstands ausgeschlossen werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispieten und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiete beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Antrieb nach der Erfindung in schematicher Darstelung.
Fig.2 eine Akkumulatorbaueinheit, in die ein efrindungsgemäßes Lastelement integriert ist, und
Fig.3 eine Motorbaueinheit mit integriertem Lastelement nach der Erfindung.
Ein in Fig. 1 schematisch gezeigter Antrieb, bei dem es sich z.B. um einen Hilfsantrieb für ein Fahrrad handeln kann, umfasst einen dreiphasigen Synchronmotor 1. der Ober Phasenteiter 2 mit einer eine Leistungsschaltung umfassenden Steuereinrichtung 3 in Verbindung steht. Die Steuereinrichtung 3 verbindet den Synchronmotor 1 entsprechend dem impuisweitenmodulafionsverfahren phasenweise mit einem Akkumulator 4. Der Synchronmotor 1 ist Ober die Steuereinrichtung 3 femer mit einem Lastelement 5 verbindbar. Das Lastelement 5 umfosst einen Lastwiderstand 6. ein durch einen Motor 7 getriebenes Hügelrad 8 zur Erzeugung eines den Lastwiderstand 6 umströmenden Luftstroms 9 sowie den Luftstrom 9 auf den Lastwiderstand 6 konzentrierende Strömungs- leilbieche 10.
Auch bei dem Motor 7 handelt es sich um einen dreiphasigen Synchronmotor, der über Phasenleiter 11 mit der Steuereinrichtung 3 in Verbindung steht.
Die Phasenleiter sowohl des Synchronmotors 1 ab auch des Motors 7 sind im Stern verschaltet. Der Stempunkt des Synchronmotors 1 steht Ober eine Leitung 12 und der Stempunkt des Motors 7 Ober eine Leitung 13 in Verbindung mit der Steuereinrichtung 3.
Bn zum Akkumulator 4 in Reihe geschalteter Widerstand 1 kann regelbar und ggf. Bestandteil der die Leistungsschaltung umfassenden Steuereinrichtung 3 sein. im Betrieb eines z.B. den Antrieb von Rg. 1 als Hilfsantrieb verwendenden Fahrrades erzeugt der Synchronmotor 1 bei Fahrt in der Ebene oder bergauf eine vorwärts gerichtete Antriebskraft. Der Akkumulator 4 liefert den für den Motorbetrieb erforderlichen Betriebsstrom.
Bei Fahrt bergab kann die Steuereinrichtung 3 dafür sorgen, dass der Synchronmotor 1 ob Generator arbeitet und eine rückwärts gerichtete Bremskraft erzeugt. Die dabei durch Umsetzung der mechanischen Bremsarbeit entstehende Elektroenergie fließt im Regelfall in den Akkumulator 4, der zusammen mit dem Widerstand 14 den für die Erzeugung der Bremskraft durch den Synchronmotor 1 erforderlichen Lastwiderstand bildet. Die Steuereinrichtung 3 stellt unter Berücksichtigung der jeweiligen Akkumulatorspannung den für den Akkumulator maximal zuträglichen Ladestrom ein.
Die Steuereinrichtung 3 überwacht die vom Aufladungszustand abhängige Akkumulatorspannung. Bei Erreichen der maximal zulässigen Akkumulatorspannung, d.h. bei größtmöglicher Aufladung des Akkumulators, schaltet die Steuereinrichtung 3 von dem Akkumulator 4 auf das Lastelement 5 als Bremslast für den Synchronmotor 1 um, so dass es nicht zu weiterer, für den Akkumulator schade her Aufladung kommen kann. Vorteilhaft lässt sich der Lostwiderstand 6 des Lastelements 5. der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel etwa wie die Heizwendel eines Föns geformt ist, wegen des kühlenden Luftstroms 9 mit geringem Leitungsquerschnitt und geringer Leitungslänge und damit insgesamt kleinen Abmessungen und geringem Gewicht ausbiden. Es versteht sich, dass die Kühlung durch den Luftstrom 9 so dimensioniert ist, dass keine das Material des Lastwiderstands beeinträchtigende Temperaturen entstehen.
Die Abmessungen des Lastwiderstandes 6 können so gering sein, dass sich das Lastelement 5 problemlos in einen Akkumulator oder Motor integrieren iösst, wie dies aus den Figuren 2 und 3 hervorgeht.
Eine in Fig.2 gezeigte Akkumulatorbaueinheit 4a umfasst ein Außengehäuse 15, in dem neben einer Akkumulatorzelle 16 ein Lastelement 5a mit einem Lastwiderstand 6a und einer Baugruppe aus einem Flügelrad 8a und einem Motor 7a untergebracht ist. Ein durch das Flügelrad 8a erzeugter Luftstrom 9a wird durch ein konisches Leitblech 10o konzentriert und auf den Lastwiderstand 6a geleitet. Eine Ansaugströmung 17 des Luftstroms 9a auf der dem Lastwiderstand 6a abgewandten Seite des Flügelrades 8a umspült und kühlt die Akkumulatorzelle 16.
Gemäß Fig.3 ist in einem Luftein- und -oustrittsöffnungen aufweisenden Gehäuse 18 einer Motorbaueinheit 1 b neben einem ringförmigen Stator 19 und einem um eine Achse 20 drehbaren Rotor 21 ein Lastelement 5b aus einem Lastwiderstand 6b und einem Flügelrod 8b untergebracht. Das zur Drehachse 20 koaxiale Flügelrad 8b ist mit dem Rotor 21 verbunden und erzeugt einen Luftstrom 9b. der durch ein konisches Leitblech 10b auf den Lastwiderstand 6b konzentriert wird. Eine Ansaugströmung 22 des Luftstroms 9b durchströmt kühlend den Elektromotor.
Die in Fig.3 gezeigte Baueinheit aus Elektromotor und Lastelement ließe sich durch eine in dem Gehäuse 18 femer untergebrachte Akkumulatorzelle erweitem.
In einerweiteren Ausführungsform könnte die Wicklung des Antriebsmotors 7 bzw.7a für das Flügelrad 8 bzw.8a selbst den Lastwiderstand bilden und der Antriebsmotor von dem durch das Flügelrad erzeugten Luftstrom unter Kühlung der Wicklung durchströmt werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Antrieb mit einer zur Erzeugung einer positiven Antriebskraft motorisch und zur Erzeugung einer negativen Antriebskraft (Bremskraft) generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine (1 ), einem bei motorischem Betrieb die elektrische Maschine (1) mit Strom versorgenden und im generatorischen Betrieb durch die elektrische Maschine (1) aufladbaren Akkumulator (4) und einen Lastwiderstand (6) umfassenden Einrichtungen zur Begrenzung der Aufladung des Akkumulators (4),
dadurch gekennzeichnet
dass die Begrenzungseinrichtungen femer Einrichtungen (7,8,10) zur Erzeugung einer von dem Lastwiderstand (6) Wärme ableitenden Strömung (9) aufwehen. . Antrieb nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromungserzeugungseinrichtungen (7.6,10) zur Erzeugung eines Luftstroms (9) vorgesehen sind. . Antrieb nach Anspruch 1 oder Z
dadurch gekennzeichnet
dass die Strömungserzeugungseinrichtungen (73.10) zur Erzeugung einer die elektrische Maschine (1b) oder/und den Akkumulator (4a) um- oder/und durchströmenden Ansaugströmung ( 17,22) vorgesehen sind. . Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet
dass die Strömungserzeugungseinrichtungen (7,8,10) die Strömung (9) auf den Lastwiderstand (6) konzentrierende Leiteinrichtungen (10) umfassen. . Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Strömungserzeugungseinrichtungen (7,8,10) einen gesonderten
Antriebsmotor (7) für ein die Strömung (9) erzeugendes Förderelement (8) aufweisen oder/und ein die Strömung (9) erzeugendes Förderelement (8) durch die elektrische Maschine (I) ant reibbar ist. Antrieb nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet
dass das die Strömung (9) erzeugende Förderelement ein Flügelrad (8) umfasst. Antrieb nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Flügelrad (8b) koaxial zur Drehachse (20) der elektrischen Maschine ( 19,21 ) angeordnet ist. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
dadurch gekennzeichnet,
dass der Lastwiderstand (6) oder/und die Strömurtgserzeugungseirvichtungen in eine die elektrische Maschine umfassende Baueinheit (1b) oder/und den Akkumulator umfassende Baueinheit (4a) integriert ist bzw. sind. Antrieb nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass der gesonderte Antriebsmotor (7) oder/und die elektrische Maschine (1 ) ab mehrphasige Maschine mit im Stern verschalteten Phasensträngen ausgebildet ist bzw. sind. Antrieb nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der gesonderte Antriebsmotor (7) oder/und die elektrische Maschine ( ) jeweils eine (Einrichtung zur Bestimmung der Drehposition des Rotors anhand einer Auswertung des Potentials am Stempunkt umfasst bzw. umfassen. Element zur Bldung einer elektrischen Last, insbesondere zur Verwendung in einem Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10. mit einem Lastwiderstand (A),
gekennzeichnet durch ein Förderelement (8) zur Erzeugung einer von dem Lastwiderstand {6) Wärme abführenden Strömung (9).
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