NL1027276C2 - Elektromotor en voertuig met elektromotoraandrijving. - Google Patents

Description

Elektromotor en voertuig met elektromotoraandrijving

De uitvinding heeft betrekking op een elektromotor, een aandrijfsamenstel omvattende een wiel en aandrijf-middelen zoals de elektromotor, en een voertuig voorzien van ten minste één dergelijk aandrijfsamenstel.

5 In de praktijk is het gebruikelijk om een wiel aan te drijven met aandrijfmiddelen zoals een verbrandingsmotor, een (straal) turbine of bijvoorbeeld een elektromotor. Daarbij wordt de aandrijving via een reducerende overbrenging verbonden met het wiel, meestal een tandwiel-10 kast met een versnelling, of een duwband of dergelijke.

Anderzijds is het bekend om een elektromotor in een wiel te monteren, zoals beschreven in NL-A-1014182.

EP-A-0 588 478 beschrijft een elektromotor in een wiel met een aantal schematische figuren van een dergelijk 15 wiel, zonder verdere afmetingen en verdere details.

In de praktijk zijn elektromotoren bekend van uiteenlopende uitvoeringen. Een probleem met de bekende elektromotoren is dat de hoeveelheid geleverde koppel dikwijls moeilijk in te stellen is. Daarnaast is de werking 20 van meerdere elektromotoren dikwijls moeilijk op elkaar af te stemmen. Bovendien is het moeilijk om het geleverde koppel van een elektromotor af te stemmen op de gewenste toepassing, en de elektromotor dusdanig te dimensioneren dat deze toepasbaar is voor verschillende toepassingen.

25 De uitvinding heeft tot doel de genoemde nadelen 1027276 2 althans gedeeltelijk op te heffen.

De uitvinding heeft verder tot doel een elektromotor te bieden die universeel toepaspaar is en eenvoudig op te schalen en in te zetten, bijvoorbeeld in een voer-5 tuig.

De uitvinding heeft verder tot doel een verbeterd voertuig te bieden met gunstig brandstofverbruik.

De uitvinding voorziet daartoe in een elektromotor volgens conclusie 1. De uitvinding betreft verder een 10 voertuig voorzien van een wiel met een wielas met een rotatie-as en een elektromotor voorzien van een rotor met een elektromotorrotatie-as, waarbij de elektromotor in het voertuig geplaatst is met de elektromotorrotatie-as gemonteerd boven de rotatie-as van het wiel.

15 Door te kiezen voor een elektromotor volgens de uitvinding is een elektromotor verkregen met een instelbaar koppel. Bovendien is het mogelijk verschillende motoren met elkaar te verbinden. Daartoe is onder meer de behuizing voorzien van bevestigingsmiddelen. Deze elektromotor is 2 0 bovendien eenvoudig aan te passen of in te zetten voor een aandrijfsamenstel zoals verder in deze aanvrage beschreven, of in een voertuig zoals verder in deze aanvrage beschreven.

De plaatsing van de motor in het voertuig maakt 25 het mogelijk een voertuig te maken met een gunstige verhouding tussen de diameter van de luchtspleet en de diameter van het wiel. Hierdoor kan een voertuig ontwikkeld worden dat efficiënt met energie omspringt. Vooral in combinatie met de motor volgens het eerste aspect van de 30 uitvinding kan een voertuig ontwikkeld worden met gunstige eigenschappen. In het bijzonder drijft de aandrijfas van de elektromotor direct de wielas aan.

Verdere uitvoeringsvormen van de elektromotor zijn onder meer beschreven in de onderconclusies.

35 In een uitvoeringsvorm van de elektromotor omvat ten de meetmiddelen tenminste twee middelen voor het meten van een magnetisch veld omvatten, aangebracht tussen twee 1 0 2 7 2 ? 6 3 permanente magneten. In het bijzonder kunnen middels terugkoppeling van de meetwaarden van de meetmiddelen, al dan niet direct, naar de regelmiddelen, de regelmiddelen de fase van de stroom of spanning optimaliseren om een maxima-5 le effectiviteit te realiseren.

In een uitvoeringsvorm van de elektromotor omvatten de beide einden van de rotor bevestigingsmiddelen voor een aandrijfas. In het bijzonder omvat een uiteinde een bevestigingsmiddel dat kan samenwerken met het bevesting-10 ingsmiddel aan het andere uiteinde. Daarmee kunnen de rotoren van dit type elektromotoren met elkaar verbonden worden. De rotor kan bijvoorbeeld voorzien zijn van een doorlopend gat. Wanneer twee of meer gelijksoortige elek-tormotoren achter elkaar geplaatst worden met de rotoren in 15 eikaars verlengde, kunnen middels een meenemende as door de gaten de rotoren onderling verbonden worden. In een andere uitvoeringsvorm omvat één van de bevestigingsmiddelen een bus waarin een as-eind operationeel verbonden kan worden met de rotor. Het andere bevestigingsmiddel kan aangepast 20 zijn om een as daarop te bevestigen.

In een verdere uitvoeringsvorm hebben de bestu-ringsmiddelen een zogenaamd "master" en "slave" instelling, waarbij de besturingsmiddelen omgezet kunnen worden van een zogenaamd "master" in "slave"-instelling, en omgekeerd, 25 beïnvloed door ofwel de vraag naar vermogen, ofwel de rotatiesnelheid van de rotor, ofwel via de datacommunica-tiemiddelen. In een samenstel van tenminste twee van derge-lijke elektromotoren is één ingesteld als zogenaamd "master" en de ander of anderen als zogenaamde "slave", en 30 waarbij de datacommunicatiemiddelen onderling verbonden zijn om elk gegevens uit te wisselen met de andere elektromotor of elektromotoren.

In een uitvoeringsvorm van de elektromotor volgens de uitvinding is een eind van de rotor voorzien van 35 een homokineet.

In een uitvoeringsvorm van het voertuig volgens de uitvinding is de elektromotorrotatieas in hoofdzaak 1 0 2 7 ? 7 fi 4 parallel aan de rotatie-as van het wiel.

In een uitvoeringsvorm is de rotor met de wiel as verbonden middels één of meer homokineten.

De uitvinding heeft verder tot doel een aandrijf-5 systemen te realiseren met een verbeterd rendement en nog veelzijdiger toepassingsmogelijkheden.

De uitvinding voorziet daartoe in een aandrijfsamenstel omvattende een wiel met een wiel rotatieas en aandrijfmiddelen die in werking een aandrijfmoment uitoe-10 fenen op het wiel, waarbij de aandrijfverhouding, zijnde de arm van het aandrijf moment gedeeld door de grootte van de straal van het wiel, groter is dan 0,57.

Door te kiezen voor een dergelijke verhouding van arm tot de straal van het wiel is het mogelijk om enerzijds 15 een werkbare situatie te creëren waarmee een praktisch voertuig te maken is, en anderzijds tot een optimaal rendement te komen.

Proefnemingen en onderzoekingen naar aanleiding van de elektromotor in het wiel zoals beschreven in het 20 reeds genoemde Nederlandse octrooi leidden tot de ontdekking en het inzicht dat het rendement ten opzichte van de uitvoering beschreven in NL-A-1014182 nog verder verbeterd kan worden wanneer de arm van het aandrij f moment zo dicht mogelijk ligt bij de straal van het wiel.

25 Verder bleken neveneffecten op te treden die de netto verliezen van ander componenten die energie gebruiken drastisch verminderden. Door de rendementswinst kon voor de aandrijving een motor ingezet worden met een lager dan verwacht vermogen. Hierdoor bleek de benodigde batte-30 rij capaciteit omlaag te kunnen. Daarnaast konden verschillende onderdelen, zoals de lader en de overige elektronica, lichter worden uitgevoerd. Hierdoor kon het benodigde motorvermogen nog verder omlaag. Uiteindelijke bleek een aanzienlijk efficiëntere aandrijving mogelijk dan theore-35 tisch berekend.

Hierdoor bleken rendementsverbeteringen te realiseren die verder gingen dan tot dan toe berekend en bekend.

1027276 5

De arm is hiér bepaald door de afstand tussen het middelpunt van de aandrijfas of de rotor en de werklijn van de kracht die de aandrijfmiddelen uitoefent op de aandrijfas of de rotor om deze in rotatie te brengen.

5 Een aandrijfinrichting volgens de uitvinding blijkt constructietechnisch goed te realiseren wanneer gebruik gemaakt wordt van een elektromotor.

Bij toepassing van bijvoorbeeld een elektromotor voorzien van een stator met wikkelingen en een daaromheen 10 gemonteerde rotor met permanente magneten (een zogenaamde buitenloper), waarbij de stator stationair is en met een voertuig verbonden is en de rotor met de permanente magneten om de stator draait en verbonden is met een wielas van het wiel en het wiel, zal de arm de helft van de binnendia-15 meter van de rotor zijn, i.e. de binnenstraal van de rotor. Een dergelijk opstelling maakt het mogelijk een aandrijfinrichting volgens de uitvinding te realiseren met een verrassend hoog rendement.

Ook kan de elektromotor wikkelingen omvatten die 20 op een aandrijfas gemonteerd zijn als rotor en kunnen de permanente magneten statisch gemonteerd zijn buiten de stator. Hierbij is de arm de halve diameter van de rotor. Eventueel zij hierop variaties mogelijk.

In een uitvoeringsvorm waarbij de aandrijfmidde-25 len een elektromotor omvatten zal de stator de wikkelingen omvatten en zal de rotor de permanente magneten omvatten. Hierdoor is geen complexe toevoer van elektrisch vermogen nodig, en kan de constructie van de elektromotor eenvoudig zijn. Verder kan dan de verbinding dan wel inbouw in een 30 voertuig eenvoudig zijn. Hierbij kan wederom gekozen worden voor een binnenloper, waarbij de rotor binnen in de wikkelingen draait, en een buitenloper, waarbij de rotor om de wikkelingen draait. Om een zo groot mogelijke aandrijfver-houding te kunnen realiseren heeft de buitenloper de voor-3 5 keur.

In een uitvoeringsvorm is het wiel voorzien van een band, bij voorkeur een luchtband. Daarbij omvat de 1027276 6 straal van het wiel ook de banddikte. Voor een voertuig voorzien van een band is de keuze voor een aandrij fsamenstel volgens de uitvinding daardoor nog minder voor de hand liggend.

5 In een verdere uitvoeringsvorm zijn voor een eenvoudige montage de aandrijfmiddelen gemonteerd middels verbindingsmiddelen die een hoek toestaan tussen de wielas en de aandrijfas van de aandrijfmiddelen. Een voorbeeld van dergelijke verbindingsmiddelen zijn een cardanische over-10 brenging, toepassing van een zogenaamde homokineet, of soortgelijke middelen.

In een uitvoeringsvorm zijn de wikkelingen statisch met het voertuig verbonden, en zijn permanente magneten om de wikkelingen aangebracht en verbonden met de 15 aandrijfas. Hierdoor is een eenvoudige constructie mogelijk omdat de toevoer van elektrisch vermogen eenvoudig is. Daarnaast is de rotor waarop de magneten gemonteerd zijn licht uit te voeren.

In een uitvoeringsvorm van het aandri j f samenstel 20 volgens de uitvinding is de aandrijfverhouding groter dan 0,65. Bij een goede keuze van aandrijfmiddelen bleek deze verhouding haalbaar. In een verdere uitvoeringsvorm is de aandrijfverhouding groter dan 0,7. Hierbij worden wel hoge eisen gesteld aan het ontwerp van de aandrijfmiddelen.

25 In een uitvoeringsvorm is de aandrijfverhouding kleiner dan 1.0, bij voorkeur kleiner dan 0,95. Hierbij dient een goede selectie te worden gemaakt van het materiaal en type van de wielen. Zo zal bij de toepassing van luchtbanden uitgeweken moeten worden naar uitzonderlijke 30 typen en modellen van luchtbanden.

In een uitvoeringsvorm van het aandrijfsamenstel volgens de uitvinding omvatten de aandrijfmiddelen een elektromotor. Gebleken is dat een elektromotor zich bijzonder goed leent voor toepassing in een aandrijfsamenstel 35 volgens de uitvinding. Zo levert een elektromotor een hoog koppel bij lage toeren. Bovendien is door een zorgvuldig ontwerp een aandrijving te realiseren die voldoet aan de 1027276 7 eisen die de uitvinding stelt aan de aandrijfverhouding.

In een verdere uitvoeringsvorm daarvan is de elektromotor een synchroonmotor die voorzien is van permanente magneten. Hiermee kan de motor eenvoudig uitgevoerd 5 worden. Bovendien is door toepassing van permanente magneten de motor compact genoeg te bouwen.

In een uitvoeringsvorm van het aandrijfsamenstel volgens de uitvinding waarbij de aandrijfmiddelen een elektromotor zijn omvat deze elektromotor een stator voor-10 zien van wikkelingen welke statisch ten opzichte van een voertuig in het voertuig aangebracht zijn en een rotor voorzien van permanente magneten. Hierdoor is de elektromotor compact genoeg te bouwen voor toepassing in de uitvinding .

15 In een uitvoeringsvorm omvatten de aandrijfmid- delen besturingsmiddelen en regelmiddelen voor de werking van de elektromotor binnen de stator, bij voorkeur tegen de stator.

In een verdere uitvoeringsvorm is de rotor coaxi-20 aal om de stator aangebracht en verbonden met een aandrijfas van de elektromotor (buitenloper).

Iri een uitvoeringsvorm zijn de aandrijfmiddelen naast het wiel gemonteerd zijn.

In een uitvoeringsvorm omvatten de aandrijfmid-25 delen een aandrijfas, en liggen de aandrijfas en de wielas in eikaars verlengde, in lijn.

In een uitvoeringsvorm zijn de aandrijfas en de wielas verbonden voor directe aandrijving.

In een uitvoeringsvorm waarbij de aandrijfmidde-30 len een aandrijfas omvatten, drijft de aandrijfas direct de wielas aan. In een bijzondere uitvoeringsvorm daarvan is de aandrijfas de wielas.

In een uitvoeringsvorm van het aandrijfsamenstel waarbij de aandrijfmiddelen een elektromotor voorzien van 35 permanente magneten is, zijn de permanente magneten verbonden met de wielas.

Eventueel kan kunnen de wielas en de aandrijfas 1027276 8 verbonden zijn middels een verbinding die toestaan dat de lengteas van de wielas en de lengteas van de aandrijfas een hoek ongelijk aan 180 graden met elkaar maken. Een voorbeeld van een dergelijke verbinding is een cardanische 5 overbrenging en een homokineet.

In een uitvoeringsvorm blijkt het rendement nog verder te verbeteren, en in het bijzonder het energieverbruik van een voertuig voorzien van een dergelijk aandrijf-samenstel volgens de uitvinding of zoals bovenbeschreven 10 nog verder te verbeteren, wanneer de aandrijfmiddelen een elektromotor omvat die een koppel levert van ten minste 0,3 Nm/kg voertuigmassa. Een nog betere prestatie blijkt mogelijk bij ten minste 0,4 Nm/kg voertuigmassa. Dit koppel is het maximale nominale koppel. Een elektromotor, bijvoor-15 beeld, kan gedurende een korte tijd wel 2 maal zijn opgegeven maximum (nominale) koppel leveren. Het is gebleken dat bij de beschreven, op het eerste gezicht grote, overdimen-sionering een groot rendementsvoordeel is te behalen.

Een ander aspect van de uitvinding betreft een 20 aandrijfsamenstel voor een voertuig, omvattende een wiel voorzien van een wielas, en een elektromotor omvattende een aandrijfas, een rotor en een stator, waarbij de aandrijfas verbonden is met de wielas voor directe aandrijving en de elektromotor naast het wiel aangebracht is.

25 Hierdoor is een verrassend energie-efficiënte aandrijving mogelijk.

In een uitvoeringsvorm daarvan zijn de wielas en de aandrijfas in lijn aangebracht zijn. Verder zijn andere, bovengenoemde uitvoeringen mogelijk.

30 De uitvinding heeft betrekking op een bijzondere elektromotor, en een voertuig welke op een bijzondere manier aangedreven wordt middels een elektromotor.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld van een direct aangedreven 35 wiel volgens de uitvinding. Hierin wordt getoond in:

Figuur 1 een zijaanzicht van een wiel met aandrij feenheid volgens de uitvinding, 1027276 9 figuur 2 een zijaanzicht doorsnede van het wiel van figuur 1;

Figuur 3 een bijzondere elektromotor volgens een ander aspect van de uitvinding; 5 Figuur 4 toepassing van de motor van figuur 3 in een aandrijfsamenstel volgens de uitvinding;

Figuur 5 een perspectief aanzicht van twee onderling verbonden motoren van figuur 3;

Figuur 6A een perspectief aanzicht van de motor 10 van figuur 3 met homokineten aan beide zijden;

Figuur 6B een zijaanzicht van figuur 6A.

Figuur 1 toont een zijaanzicht van een direct -aangedreven wiel 1 volgens de uitvinding. Hierbij is een band 2 gemonteerd op een velg 3, welke verbonden is met 15 een wielas 4. Het wiel zelf heeft een buitendiameter Dl.

Op de wielas 4 is hier een elektromotor 5 gemonteerd, waarbij de aandrijfas 8 verbonden is met de wielas 4. In de geschetste uitvoeringsvorm vormen de aandrijfas en de wielas één geheel.

20 De elektromotor is hier een zogenaamde synchroon- motor, voorzien van een rotor 6 met permanente magneten 10 met daarbinnen de stator met wikkelingen 7. Hier zijn de permanente magneten 10 verbonden zijn via de rotor 6 met de aandrijfas 8, en zijn de wikkelingen 7 stationair verbonden 25 ten opzichte van een voertuig en vormen de stator, waarbij de rotor 6 om de stator loopt. Hierdoor is een eenvoudige, lichte en betrouwbare constructie verkregen, en is op eenvoudige wijze de aandrijfinrichting volgens d uitvinding te realiseren.

30 Ook kunnen de wikkelingen verbonden zijn met de aandrijfas en de permanente magneten stationair met een voertuig. Daarnaast is het natuurlijk ook mogelijk om de permanente magneten binnen de wikkelingen te monteren en ofwel de permanente magneten ofwel de wikkelingen statio-35 nair te monteren.

In de elektromotor zoals in figuur 1 weergegeven grijpen de krachten aan op een afstand D2/2 van het mid 1027276 10 delpunt van aandrijfas 8. D2 is daarbij de binnendiameter van de rotor. Dat wil zeggen dat de arm van het moment dat door de elektromotor opgewekt wordt D2/2 is.

Volgens de uitvinding is D2/D1 > 0,57. Gebleken 5 is dat hoe dichter D2 nadert tot Dl, des te groter het rendement zal zijn, en des te groter het neveneffect van als maar afnemende verliezen.

Figuur 2 toont een zijaanzicht in doorsnede van het wiel van figuur 1. In het zijaanzicht is de luchtspleet 10 11 tussen de permanente magneten 10 en de wikkelingen 7 aangegeven. Voor de eenduidigheid van de uitvinding is de elektromotor diameter aangegeven als D2. Deze diameter is de binnendiameter van de rotor.

In verband met de dikte van een luchtband, die de 15 voorkeur verdient voor voertuigen voor transport van materialen en personen over de weg, en de maximale elektromotor diameter, zal 1 > D2/D1 > 0,65.

Bij voorkeur is de elektromotor qua opbouw nagenoeg identiek aan elektromotor zoals beschreven in 20 WO-Al-Ol/54939, waarnaar hierbij gerefereerd is alsof de tekst daarvan volledig in deze beschrijving is opgenomen. Ook kunnen diverse aangedreven wielen in één voertuig samenwerken zoals beschreven in die octrooiaanvrage.

Het wiel loopt met de band 2 over een ondergrond 25 9.

Figuur 3 toont een elektromotor 401 voorzien van een behuizing 402 welke onderverdeeld is in een eerste compartiment 403 voor besturings- en regelmiddelen en een tweede compartiment voorzien van de feitelijke elektromotor 30 en een doorvoer voor bekabeling 405 voor het toevoeren van meetgegevens naar de elektronica in compartiment 403. In een uitvoeringsvorm is de electromotor aangebracht buiten een wiel.

De elektromotor is voorzien van wikkelingen 406 35 welke in het motorcompartiment van de elektromotor bevestigd zijn aan de behuizing. De elektromotor is verder voorzien van een rotor 407, roteerbaar gemonteerd in het 1027276 11 motorgedeelte van de behuizing en co-axiaal met de stator-wikkelingen 406. De rotor is voorzien van permanente magneten 408.

Om twee of meer elektromotoren met elkaar te 5 verbinden is de behuizing voorzien van bevestigingsmiddelen om behuizingen met elkaar te verbinden.

Daarnaast zijn de axiale einden van de rotor voorzien van middelen om de rotor met rotoren van verdere van deze elektromotoren aandrijvend te verbinden. De rotor 10 kan bijvoorbeeld voorzien zijn van een gat dat axiaal door de gehele rotor loopt. Een lange as kan dan door alle rotors lopen om de rotors met elkaar te verbinden. Deze as kan bijvoorbeeld voorzien zijn van een nok, die in samenwerking met uitsparingen in het gat om de as samen met de 15 rotor te laten roteren.

i

In het bijzonder is hier de rotor voorzien van een rotoras 409 voorzien van een bus 410 waarin een aseind opgenomen kan worden om deze operationeel te verbinden met de rotoras, en aan het andere eind van de as bevestigings-20 middelen voor het verbinden van een homokineet 411 met het andere eind van de rotor. De behuizing 402 is verder voorzien van bevestigingsmiddelen om een soortgelijke behuizing aan deze behuizing te bevestigen.

Wanneer vervolgens de elektronische componenten, 25 in het bijzonder de datacommunicatiemiddelen, in het bijzonder een datacommunicatiemiddel om digitale data te zenden en ontvangen, hetzij optisch, draadloos of via een bekabelde verbinding, ofwel in een (digitaal) netwerk dat bijvoorbeeld via het TCP/IP protocol communiceert, met 30 elkaar verbonden worden, ontstaat functioneel één enkele elektromotor.

Figuur 4 toont een gedeelte van een voertuig 419 hier voorzien van twee elektromotoren 401 zoals beschreven in figuur 3, welke onderling middels een verbindingsas 420 35 operationeel verbonden zijn. De elektronica voor de besturing van beide elektromotoren, ondergebracht in compartiment 403, is middels verbinding 422 onderling verbonden. In 1027276 12 het bijzonder zijn de datacommunicatiemiddelen onderling verbonden zodat de twee motoren functioneel één motor vormen. De behuizing, aansluitingen en verbindingen van de rotor zijn zodanig dat willekeurig veel identieke elektro-5 motoren onderling verbinden kunnen worden tot één werkzaam geheel, die in onderlinge samenwerking opereren als één enkele elektromotor. Middels een as 411 voorzien van twee flexibele buigpunten, bijvoorbeeld een homokineet of dubbele homokineet, zijn de motoren verbonden met een wiel 423 10 voorzien van een wielas 424. Het wiel heeft een diameter Dl. De luchtspleet 426 heeft hier een diameter D2. Door de hier geschetste opstelling is het mogelijk de diameter van de luchtspleet zeer groot te kiezen ten opzichte van de diameter van het wiel, zelfs zo groot dat de diameter van 15 de luchtspleet D2 groter is dan de diameter Dl van het wiel. Door deze wijze van directe aandrijving kunnen zeer grote energiewinsten worden geboekt. Door het verbinden van twee elektromotoren zoals hier beschreven, is het mogelijk om een aandrijving te maken die gebruik kan maken van 20 gestandaardiseerde elektromotoren volgens een verder aspect van de uitvinding. Deze elektromotoren zijn in figuur 3 beschreven. Zo kan een lichte personenauto uitgerust worden met aan weerszijden bij een wiel een elektromotor volgens figuur 3, en kan bijvoorbeeld een vrachtwagen of een grote-25 re personenauto uitgerust worden met twee onderling verbonden elektromotoren per wiel zoals getoond in figuur 4.

In figuur 5 is een perspectief aanzicht getoond van twee onderling verbonden elektromotoren van figuur 3. De zijde 402 van de ene elektromotor 401 is verbonden met 30 zijde 412 van de andere elektromotor 401'. Door de elektronica in de daarvoor bestemde ruimten 403 en 403' onderling te verbinden zodat de elektronica van beide elektromotoren 401 en 401' de aandrijving van beide assen 411 en 411' onderling afstemt. Eventueel kunnen ook beide rotoren 409 35 en 409' onderling verbonden worden, zodat de beide elektromotoren functioneren als één enkele elektromotor.

In figuur 6A is een perspectiefaanzicht getoond 1027276 ! 13 van de elektromotor van figuur 3, waarbij aan beide axiale uiteinden van de rotor 409 hier homokineten 411 en 411' verbonden zijn. Figuur 6B toont dit nogmaals in zijaanzicht .

5 De elektronische regeling voor de elektromotor volgens de uitvinding zoals getoond in figuur 3 is modulair opgebouwd uit verschillende elementen. De verschillende elementen zijn hiërarchisch op elkaar zijn afgestemd. De volgende elementen kunnen onderscheiden worden.

10 1. Vermoqensmodules

Op de laagste trap zijn IGBT hoofdstroommodules toegepast. De in deze IGBT hoofdstroommodules aanwezige structuur maakt ze op zich al uiterst betrouwbaar en garan-15 deert een lage warmte afgifte en een optimaal rendement. De hoofdstroommodules regelen de stroom door de wikkelingen.

De wikkelingen zijn verdeelt in 3 groepen, elk met een andere fase. Per wikkeling zijn er twee hoofdstroommodules aanwezig. De hoofdstroommodules worden aangestuurd door een 20 hogere trap, te weten: 2. Stroomregelaars

Op de tweede trap worden 2 IGBT hoofdstroommodules op een stroomregelaar aangesloten en door de stroomre-25 gelaars aangestuurd. Samen met een separate stroomsensor welke volgens het Hall principe werkt (Hall sensor) vormen zij een onafhankelijke eindtrap, die de stroom in de bijbehorende motorwikkeling regelt. In deze trap worden de module en de stroomregelaar reeds galvanisch gescheiden van 30 de besturingselektronica. Een stroomregelaar, met de twee hoofdstroommodules en Hall sensor worden verder 4Q-modules genoemd. De hoofdstroommodules met stroomregelaar vormen een regelsysteem. Per wikkeling is een regelsysteem aanwezig.

35 3. Veetorgenerator

De vectorgenerator levert een sturingswaarde aan 1027276 14 de zogenaamde 4Q-modules (trede 1 en 2) , die zo een magnetische veldvector opwekt middels de wikkelingen van de synchroon-motor en dus zo het draaimoment bepalen.

Een zogenaamde encoder of resolver, een meetap-5 paraat dat zeer nauwkeurig de hoek en het toerental meet, maakt de actuele positie van de rotor ten opzichte van de stator aan de vectorgenerator bekend. De snelle berekening van de rotor positie, en de daarmee samenhangende terugkoppel ingswaarde, zorgt voor een optimale instelling van de 10 veldvectoren van de motor samen met programmeerbare logische bouwstenen, de z.g. FPGA's. De rotorpositie kan ook opgenomen worden

De gehele functie van de vectorgenerator is dankzij de combinatie van een microprocessor en de FPGA's 15 volledig over een naar keuze optische fiber kabel of elektrische kabel programmeerbaar. Bij voorkeur is elke elektromotor voorzien van netwerkfunctionaliteit om bijvoorbeeld via een TCP/IP protocol te kunnen communiceren en deel uit te kunnen maken van een computernetwerk. Dit 20 betekent, dat nieuwe data of voor een speciale toepassing nodige veranderingen direct (per telefoon of internet) in het reeds in bedrijf zijnde wiel volgens de uitvinding geïmplementeerd kunnen worden. Deze veranderingen betreffen niet alleen de software van de FPGA's, maar ook de hardware 25 van de modules.

Het is bijvoorbeeld mogelijk de verhouding in de motor zelf te veranderen wanneer een wikkeling of een module mocht uitvallen zodat het wiel kan blijven werken. De vectorgenerator vormt het besturingssysteem. De encoder en de hall-30 sensoren met bijbehorende elektronica vormen in de beschreven uitvoeringsvorm het meetsysteem.

4. CPU ofwel Centrale Processing Unit.

De eerste drie trappen zijn samen in de elektro-35 motor ondergebracht. De CPU bevindt zich buiten de elektromotor en communiceert d.m.v. een optische ring data bus leiding (ORDABUL) of een andere computernetwerk verbinding 1027276 15 met de verschillende motoren volgens de uitvinding die aan een voertuig aanwezig kunnen zijn. Zij kan de voor AGV's (automatisch geleide voertuigen) benodigde berekeningen uitvoeren t.a.v. afgelegde weg, odometrie bij het maken van 5 bochten en diagnose stellen van het complete aandrijfconcept. Elke trap bewaakt en meldt de voor de bedrijfstoe-stand belangrijke gegeven aan de CPU. Een foutmelding wordt onmiddellijk aan de bovenliggende trap gemeld en deze reageert direct met het nemen van de noodzakelijke maatre-10 gelen, voordat er schade ontstaat. De bovenliggende trap kan een noodprogramma in werking stellen, die op de juiste wijze op de fout reageert. Hierdoor heeft een fout in één module nauwelijks invloed op het gehele voertuig.

Het modulaire systeem maakt het mogelijk een 15 eenvoudige foutdiagnose te stellen en snel de relevante componenten te lokaliseren zonder daarna moeilijke in- of afstelwerkzaamheden te hoeven verrichten.

Een belangrijk verschil met gangbare aansturing van Asynchroon/synchroon motoren is gelegen in het feit dat 20 alle motorwikkelingen, in een voorkeursuitvoering onderverdeeld in drie groepen, elk bij voorkeur bestaand uit 30 onafhankelijke wikkelingen, elektrisch van elkaar gescheiden zijn en elke wikkeling door zijn eigen 4Q-module worden aangestuurd. Hierbij zijn de 4Q-modules slechts met elkaar 25 verbonden door middel van de voedingsspanning, waardoor de volgende voordelen ontstaan.

1: Van de normale 3-fasen aansturing worden slechts 2 fasen bewaakt en gestuurd. De stromen in de 3e fase worden berekend uit de gedragingen van de andere twee fasen. Dit 30 betekend een veel grotere vrijheid in besturen van de elektronica, en bijvoorbeeld bij het opvangen van uitval van één of meer modules.

2: De stroom verdeling kan exact zo worden ingesteld dat iedere motorwikkeling precies de zelfde veldsterkte 35 genereert. In ieder wikkeling zijn de werkelijke draaimo-menten, die door het veld worden opgewekt daardoor instelbaar en onafhankelijk van de afwijkingen in de elektrische * 1027276 16 grootheden van de separate wikkelingen.

3: De magnetische toleranties van elke wikkeling kunnen door middel van de vectorgenerator separaat worden gekalibreerd.

5 4: Wanneer een 4Q-module uitvalt of een van de wikkelingen kortgesloten is, kan de motor toch in bedrijf blijven. Een zekering of relais kan de defecte module of fase van de ander 2 4Q-modules of fasen scheiden zonder ze te beïnvloeden. Zodoende kan de motor toch remmen of, 10 wanneer meerdere wielen in gebruik zijn, deze ondersteunen. Speciaal hier komen de voordelen van een trapsgewijze structuur tot uiting.

Het moge duidelijk zijn dat de bovenstaande beschrijving slechts opgenomen is om de werking van voor-15 keursuitvoeringen te illustreren en niet ter beperking van de beschermingsomvang van de onderhavige uitvinding. Variaties en uitvoeringen van de in de bovenstaande beschrijving uiteengezette uitvoeringsvormen die evident zijn voor een vakman vallen ook onder de beschermingsomvang van de onder-20 havige uitvinding.

1027276

Claims (37)

1. Elektromotor omvattende een behuizing en permanente magneten en windingen, coaxiaal ten opzichte van elkaar gemonteerd voor het vormen van een rotor en een stator, waarbij de stator verbonden is met de behuizing, de 5 rotor coaxiaal roteerbaar gemonteerd is ten opzichte van de stator, en de rotor bevestigingsmiddelen omvat voor het met de rotor in aandrijving verbinden daarmee van een as of aseinde.

2. Elektromotor volgens conclusie 1, waarbij de 10 rotor in het middel een axiaal doorlopend gat omvat.

3. Elektromotor volgens conclusie 1 of 2, waarbij beide axiale einden van de rotor bevestigingsmiddelen omvatten, in het bijzonder voor een aandrijfas.

4. Elektromotor volgens conclusie 3, waarbij één 15 van de bevestigingsmiddelen een bus omvat waarin een as- eind operationeel verbonden kan worden met de rotor.

5. Elektromotor volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de behuizing middelen omvat voor het verbinden van een behuizing van eenzelfde elektromotor.

6. Elektromotor volgens conclusie 5, waarbij de behuizingsverbindingsmiddelen aangebracht zijn om de behuizing te verbinden met de behuizing van eenzelfde elektromotor met de rotors van de elektromotoren axiaal in eikaars i verlengde.

7. Elektromotor volgens conclusie 6, waarbij de behuizing twee axiale zijden parallel aan de axiale uiteinden van de rotor omvat, en rotorverbindingsmiddelen omvat aan de beide twee axiale zijden van de behuizing voor het onderling verbinden van ten minste één verdere zelfde 30 elektromotor.

8, Elektormotor volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de behuizing een axiale zijde heeft parallel aan een axiaal uiteinde van de rotor. 1Π9707Ο

9. Elektromotor volgens conclusie 8, waarbij dat axiale uiteinde van de rotor zich niet verder uitstrekt dan die axiale zijde van de behuizing.

10. Elektromotor volgens conclusie 8 of 9, waar-5 bij de behuizing twee axiale zijden heeft parallel aan de axiale uiteinden van de rotor.

11. Elektormotor volgens conclusie 10, waarbij de axiale uiteinden van de rotor zich niet verder uitstrekken dan de axiale zijden van de behuizing.

12. Elektromotor volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattend regelmiddelen voor het regelen van het elektrisch vermogen en de fase daarvan in de windingen; meetmiddelen voor het meten van de stroom door de 15 windingen en de hoekpositie van de rotor ten opzichte van de stator; besturingsmiddelen verbonden met de regelmiddelen en de meetmiddelen voor het besturen van de elektromotor, en 20. datacommunicatiemiddelen, verbonden met de besturings middelen, voor het communiceren van data naar buiten de behuizing.

13. Elektromotor volgens één der voorgaande conclusies, waarbij 5. de stator verbonden is met de behuizing en tenminste twee groepen fysiek gescheiden wikkelingen omvat; de rotor, coaxiaal roteerbaar gemonteerd is ten opzichte van de stator en permanente magneten omvat.

14. Elektromotor volgens één der voorgaande 30 conclusies, waarbij de rotor coaxiaal gemonteerd is binnen de stator.

15. Elektromotor volgens één der voorgaande conclusies 12-14, waarbij de meetmiddelen tenminste twee middelen voor het meten van een magnetisch veld omvatten, 35 aangebracht tussen twee permanente magneten.

16. De elektromotor volgens conclusie één der voorgaande conclusies 12-15, waarbij de besturingsmiddelen 1027276 een zogenaamd "master" en "slave" instelling heeft, waarbij de besturingsmiddelen omgezet kunnen worden van een zogenaamd "master" in "slave"-instelling, en omgekeerd, beïnvloed door ofwel de vraag naar vermogen, ofwel de rotatie-5 snelheid van de rotor, ofwel via de datacommunicatiemidde-len.

17. Samenstel van tenminste twee elektromotoren volgens conclusie 16, waarbij één ingesteld is als zogenaamd "master" en de ander of anderen als zogenaamde "sla- 10 ve", en waarbij de datacommunicatiemiddelen onderling verbonden zijn om elk gegevens uit te wisselen met de andere elektromotor of elektromotoren.

18. Elektromotor volgens één der voorgaande conclusies, waarbij een axiaal eind van de rotor voorzien 15 is van een homokineet.

19. Voertuig voorzien van een wiel met een wielas met een rotatie-as en een elektromotor voorzien van een rotor met een elektromotorrotatie-as, waarbij de elektromotor in het voertuig geplaatst is met de elektromotorro- 20 tatie-as gemonteerd boven de rotatie-as van het wiel.

20. Voertuig volgens conclusie 19, waarbij de elektromotorrotatieas in hoofdzaak parallel is aan de rotatie-as van het wiel.

21. Voertuig volgens conclusie 19 of 20, waarbij 2. de rotor met de wielas verbonden is middels één of meer homokineten.

22. Voertuig volgens één der voorgaande conclusies 19-21 voorzien van een elektromotor volgens één van de voorgaande conclusies 1-18.

23. Aandrijfsamenstel omvattende een wiel met een wiel rotatieas en aandrijfmiddelen die in werking een aandrijfmoment uitoefenen op het wiel, waarbij een aandrij f verhouding, zijnde de arm van het aandrij f moment gedeeld door de grootte van de straal van het wiel, groter 35 is dan 0,57, omvattende ten minste één elektromotor volgens één der voogaande conclusies.

24. Aandrijfsamenstel volgens conclusie 23, waar 1027276 bij de aandrijfverhouding groter is dan 0,65.

25. Aandrijfsamenstel volgens conclusie 23 of 24, waarbij de aandrijfverhouding groter is dan 0,7.

26. Aandrijfsamenstel volgens conclusie 23-25, 5 waarbij de aandrijfverhouding kleiner is dan 1.0, bij voorkeur kleiner dan 0,95.

27. Aandrijfsamenstel volgens conclusies 23-26, waarbij de elektromotor een synchroonmotor is die voorzien is van permanente magneten.

28. Aandrijfsamenstel volgens één der voorgaande conclusies 23-27, waarbij de aandrijfmiddelen buiten en naast het wiel gemonteerd zijn.

29. Aandrijfsamenstel volgens één der voorgaande conclusies 23-28, waarbij de aandrijfmiddelen een aandrijf- 15 as omvatten en het wiel en wielas, en de aandrijfas en de wielas in eikaars verlengde liggen, in lijn.

30. Aandrijfsamenstel volgens één der voorgaande conclusies 23-29, waarbij de aandrijfmiddelen een aandrijfas omvatten en het wiel en wielas, waarbij de aandrijfas 20 direct de wielas aandrijft.

31. Aandrijfsamenstel volgens conclusie 30, waarbij de aandrijfas de wielas is.

32. Aandrijfsamenstel volgens conclusies 23-31, waarbij het wiel een wielas omvat en de permanente magneten 25 verbonden zijn met de wielas.

33. Aandrijfsamenstel volgens één der voorgaande conclusies 23-32 voor een voertuig volgens één der conclusies 19-22, met een voertuigmassa en het wiel met een wielas, waarbij de aandrijfmiddelen een elektromotor omvat- 30 ten met een aandrijfas die direct de wielas aandrijft, waarbij de elektromotor een maximaal nominaal koppel heeft van ten minste 0,3 Nm/kg voertuigmassa, bij voorkeur minimaal 0,4 Nm/kg voertuigmassa.

34. Aandrijfsamenstel voor een voertuig, omvat- 35 tende een wiel voorzien van een wielas, en een elektromotor omvattende een aandrijfas, een rotor en een stator, waarbij de aandrijfas verbonden is met de wielas voor directe 1027276 aandrijving en de elektromotor naast het wiel aangebracht is.

35. Aandrijfsamenstel volgens conclusie 34, waarbij de wielas en de aandrijfas in lijn aangebracht 5 zijn.

36. Aandrijfsamenstel volgens conclusie 33 of 34, voor een voertuig met een voertuigmassa, waarbij de aandrij f verhouding van de elektromotor, zijnde de arm van het aandrijfmoment gedeeld door de grootte van de straal van 10 het wiel, groter is dan 0,57, en de elektromotor een maximaal nominaal koppel heeft van ten minste 0,3 Nm/kg voertuigmassa, bij voorkeur minimaal 0,4 Nm/kg voertuigmassa.

37. Inrichting omvattend een of meer van de in de beschrijving omschreven en/of in de tekeningen weergegeven 15 kenmerkende maatregelen. -o-o-o-o-o-o-o-o- 20 PvE 1027276