NL1033557C2 - Voertuig, dynamo voor gebruik hierin, en werkwijze voor het aandrijven van een externe last. - Google Patents

Description

> »

VOERTUIG, DYNAMO VOOR GEBRUIK HIERIN, EN WERKWIJZE VOOR HET AANDRIJVEN VAN EEN EXTERNE LAST

5 De onderhavige uitvinding betreft een voertuig onder meer voorzien van een elektrische aandrijving.

Voertuigen aangedreven door een verbrandingsmotor waarbij fossiele brandstoffen worden gebruikt, zijn algemeen bekend. Met behulp van de verbrandingsmotor wordt de energie 10 opgewekt uit de brandstof omgezet in bewegingsenergie voor het voertuig. De bewegingsenergie wordt daarbij door middel van een aandrijving overgebracht. De verbrandingsmotor is meestal door middel van een V-riem verbonden met een dynamo voor het opladen van een accu, waarmee diverse secundaire 15 functies vervuld kunnen worden. Deze functies betreffen onder meer het voeren van verlichting, het gebruik van airconditioning en geluidsinstallaties, etc.. Tevens bekend zijn voertuigen waarbij de bewegingsenergie, benodigd voor verplaatsing van het voertuig, direct wordt verkregen uit de 20 verbrandingsmotor en/of uit één of meer accu's. Hierbij is een schakelmechanisme voorzien om te schakelen tussen deze beide energiebronnen. Ook zijn bekend elektrische auto's die uitsluitend gebruik maken van accu's voor het leveren van de gewenste bewegingsenergie. De accu's worden bij een 25 laadstation opgeladen. Een voorbeeld van dergelijke voertuigen zijn de transportvoertuigen die bijvoorbeeld in fabriekshallen worden gebruikt.

Problemen met de bekende inrichtingen omvatten onder meer het niet efficiënt gebruiken van de fossiele brandstof. 30 De onderhavige uitvinding heeft onder meer ten doel 1033557 I » 2 een verbeterd voertuig te verschaffen waarmee efficiënter met energie kan worden omgegaan.

De onderhavige uitvinding verschaft een voertuig omvattende: 5 - een gestel voorzien van verplaatsingsmiddelen; - een met het gestel verbonden elektro-aandrijving voor het aandrijven van de verplaatsingsmiddelen; - een werkzaam met de aandrijving verbonden energiebuffer; 10 - een direct met de energiebuf fer verbonden generator voor het opwekken van elektrische energie en het opladen van de energiebuffer, waarbij de generator vrij lopend van de aandrijving is verbonden met het gestel.

Door de generator, gevormd door de verbrandingsmotor, 15 direct met de energiebuf fer te verbinden, en niet direct te koppelen met de aandrijving, wordt bereikt dat de benodigde bewegingsenergie voor verplaatsing van het voertuig wordt geleverd door de energiebuf fer. De energiebuf fer wordt bij voorkeur gevormd door ten minste één accu. Doordat de 20 generator niet rechtstreeks de aandrijving van verplaatsingsmiddelen, zoals wielen, rupsbanden, schroeven etc., hoeft te verzorgen, kan de generator bedreven worden in zijn meest efficiënte werkpunt. Er hoeft geen extra vermogen voor de acceleratie van het voertuig door de generator 25 geleverd te worden. Dit vermogen wordt geleverd door de energiebuffer. Dit heeft als voordeel dat de generator, of verbrandingsmotor, efficiënter bedreven wordt, waardoor een energiezuiniger voertuig verkregen wordt. Een bijkomend voordeel is dat een verbrandingsmotor specifiek ontworpen kan 30 worden voor het relevante werkpunt. Hierbij kan onder meer worden volstaan met een kleinere cilinderinhoud voor de verbrandingsmotor. Tevens kan ook een verbrandingsmotor worden gebruikt die geschikt is voor natuurlijke 3 brandstoffen, zoals een zelfontbrandingsmotor. Een voordeel van bijvoorbeeld een dergelijke zelfontbrandingsmotor is, dat deze niet-discriminatoir is voor de herkomst van een specifieke olie. Een verder bijkomend voordeel van een 5 configuratie waarbij de generator niet rechtstreeks gekoppeld is aan de aandrijving, is dat onder meer het aantal componenten benodigd voor voortbeweging van het voertuig sterk verminderd kan worden. Hierbij kan worden gedacht aan cardanassen, versnellingsbak, differentieel, etc.. Dit heeft 10 bijvoorbeeld als voordeel dat het voertuig minder storingsgevoelig is en minder onderhoud vereist. Daarnaast wordt de massa van het voertuig gereduceerd. Hiermee wordt ook bewerkstelligd dat voor verplaatsing van het voertuig minder energie vereist is. Tevens geldt dat een voertuig 15 hierdoor minder impact op andere weggebruikers zal hebben in het geval van botsingen. Daarnaast vergroot dit ook de veiligheid van de inzittenden van het voertuig. Een ander bijkomend voordeel van het ontbreken van de directe koppeling tussen de generator en de voortbeweging van het voertuig is 20 dat de generator op elke gewenste positie in het voertuig geplaatst kan worden waardoor efficiënter met de ruimte in het voertuig kan worden omgegaan. Ook is hierdoor een ander ontwerp van het voertuig te realiseren, resulterend in meer ruimte of een kleiner voertuig. Een ander voordeel van een 25 generator vrij lopend van de aandrijving is dat het geheel minder stijf geconstrueerd hoeft te worden in vergelijking met conventionele aandrijvingen, waardoor trillingen beter geïsoleerd, bijgevolg gedempt, kunnen worden. Daarnaast kan door een minder stijve constructie de veiligheid van de 30 inzittenden van het voertuig worden verbeterd doordat de impact van botsingen beter opgevangen kan worden door de minder stijve constructie.

4 . ’

In een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding is het voertuig voorzien van een directe externe aansluiting voor het door de generator aandrijven van een externe last en/of het opladen van een externe energiebuffer.

5 Het beperken van het gebruik van een generator of verbrandingsmotor tot gebruik uitsluitend voor transport leidt tot een inefficiënt gebruik van deze generator, onder meer met betrekking tot gebruik, levensduur en toepasbaarheid. Door de generator ook te gebruiken tijdens 10 momenten van stilstand van het voertuig, bijvoorbeeld in geval van stalling bij het woonhuis, kan het gebruik van de generator gedurende de gehele levensduur sterk worden vergroot, waardoor de gehele belasting van de generator op zijn omgeving (milieu) , inclusief productie en afvoer van de 15 generator, zo klein mogelijk wordt gehouden. Door het voorzien van een directe externe aansluiting kan de generator worden gebruikt voor het aandrijven van externe lasten. Hierbij kan onder meer worden gedacht aan het gebruik van bijvoorbeeld tuingereedschappen en het opladen van externe 20 energiebuffers, zoals accu's van andere voertuigen of zelfs voor het leveren van energie aan het woonhuis. Hierbij functioneert de combinatie van generator en dynamo bijvoorbeeld als het ware als een rijdende aggregaat.

In een alternatieve voorkeursuitvoeringsvorm volgens 25 de uitvinding is het voertuig voorzien van een indirecte externe aansluiting voor het uit de energiebuffer aandrijven van een externe last en/of het opladen van een externe energiebuffer.

Als gevolg van het voorzien van een indirecte externe 30 aansluiting kan energie opgeslagen in de energiebuffer gebruikt worden voor externe doeleinden, anders dan voor het voortbewegen van het voertuig. Dit heeft als voordeel dat efficiënter wordt omgegaan met de energiebuffer of 5 energiebron met betrekking tot het gebruik. Hierbij kan onder meer worden gedacht aan het aandrijven van elektrische gereedschappen en/of het opladen van accu's van dergelijke gereedschappen.

5 In een voordelige uitvoeringsvorm volgens de uitvinding is de generator werkzaam verbonden met de energiebuffer via een dynamo, waarbij de dynamo is voorzien van een rotor, die eveneens functioneert als compressor voor de generator.

10 Door de dynamo aan te drijven door de generator wordt energie omgezet en vervolgens opgeslagen in de energiebuffer. Doordat de generator vrij lopend van de aandrijving is verbonden met het gestel, kan de generator rechtstreeks met de dynamo worden verbonden. Hierbij kan worden afgezien van 15 een V-riem of andere overbrenging. Dit beperkt verliezen en daarnaast ook het aantal onderdelen en daarmee onder meer onderhoudskosten. Door het rotordeel van de dynamo als een schoepvormig element uit te voeren kan worden bewerkstelligd, dat de rotor tevens functioneert als compressor voor de 20 verbrandingsmotor, als uitvoeringsvorm van de generator. Ook kan de rotor worden gebruikt voor het koelen van onder meer de accu. Hiermee wordt een voordelig gebruik van de dynamo verkregen. Een combinatie van deze functies leidt tot minder onderdelen voor het voertuig, waardoor kosten qua onderhoud 25 en bijvoorbeeld storingen gereduceerd kunnen worden. Tevens wordt het gewicht verder gereduceerd.

In een alternatieve voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding is de aandrijving van het voertuig voorzien als PM-motor.

30 Door het gebruik van motoren met permanente magneten is het mogelijk elk aangedreven verplaatsingsmiddel, zoals een aangedreven wiel, met een afzonderlijke PM-motor uit te rusten. Dit is mogelijk doordat een aandrijving met de PM- 6 motor compacter is dan conventionele aandrijvingen doordat bijvoorbeeld tandwieloverbrengingen niet vereist zijn. Dit heeft als bijkomend voordeel dat de verliezen in onder meer de tandwielkast worden vermeden en daarnaast dat er minder 5 warmteverliezen optreden. Ook de bestuurbaarheid van het voertuig kan verder worden vergroot door het gebruik van dergelijke PM-motoren per aangedreven verplaatsingsmiddel. De verbeterde bestuurbaarheid wordt bewerkstelligd door de aansturing van de afzonderlijke PM-motoren mede afhankelijk 10 te maken van de gevolgde weg door het voertuig, zoals bijvoorbeeld bochten, oneffenheden in de ondergrond en verschillen in rolweerstand van de ondergrond. Dit heeft als bijkomend voordeel dat de veiligheid van het voertuig verder wordt vergroot. De bestuurbaarheid kan verder verbeterd 15 worden door gebruik van bijvoorbeeld een anti- blokkeersysteem, stuurbekrachtiging etc.. Voorts is het mogelijk kinetische energie terug te winnen, bijvoorbeeld bij het afremmen van het voertuig. Hiertoe wordt een energieomzetter voorzien. Bij voorkeur wordt de teruggewonnen 20 energie opgeslagen in de energiebuffer. Als alternatief kan deze teruggewonnen energie bijvoorbeeld ook worden opgeslagen in een additioneel toegevoegd vliegwiel, waarbij een vliegwielkoppeling wordt voorzien voor het onttrekken van de in het vliegwiel opgeslagen energie.

25 In een alternatieve voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding is de energiebuffer voorzien van ten minste één lithiumaccu.

Door het gebruik van lithiumaccu's wordt bewerkstelligd dat efficiënter gebruik kan worden gemaakt van de 30 opgeslagen energie in de energiebuffer. Dergelijke accu's worden bijvoorbeeld reeds toegepast in laptops en telefoons. Dergelijke apparatuur wordt veelvuldig gebruikt en vereist veelvuldig ontladen en opladen van de accu. Bijkomend geldt 7 dat dergelijke accu's uitermate geschikt zijn voor aansluiting op externe lasten, zoals tuingereedschappen, huishoudelijke apparatuur, echter ook laptops en dergelijke zijn hierbij mogelijk. Dit heeft als bijkomend voordeel dat 5 dergelijke apparatuur gebruikt kan worden, ook in stilstand van het voertuig, zonder zelf de beschikking te hebben over een accu of andere energiebron.

In een verdere alternatieve voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding is het voertuig voorzien van 10 positioneringsmiddelen voor het verkrijgen van een lage luchtweerstand om onttrekking van energie aan de energiebuffer te beperken.

Door de positie van het voertuig, bijvoorbeeld in de hoogte, af te stemmen op de externe omstandigheden tijdens 15 voortbeweging van het voertuig, zoals wind, kan de luchtweerstand (Cw-waarde) worden afgestemd op de gewenste situatie. Hiervoor kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van een stuurbare luchtvering. De stroomlijning van het voertuig kan derhalve per situatie worden geoptimaliseerd. De 20 mogelijkheden hiervoor worden verder vergroot doordat de generator niet direct is gekoppeld met de aandrijving van de verplaatsingsmiddelen. Doordat de generator vrij geplaatst kan worden in het voertuig, zijn andere ontwerpen van het voertuig mogelijk. Door afstemming van de weerstand kan een 25 meer energie-efficiënt werkpunt gehanteerd worden voor het verplaatsen van het voertuig.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een dynamo voor gebruik in een voertuig volgens één of meer van de bijgaande conclusies.

30 Door integratie van de compressor met de rotor van de dynamo wordt bewerkstelligd dat geen separate compressor vereist is voor de generator, bijvoorbeeld door een tandriem aangedreven. Dit heeft als gevolg dat een compactere 8 constructie wordt verkregen die minder onderhoud vereist en goedkoper geproduceerd kan worden door het gereduceerde aantal onderdelen. Bij voorkeur wordt de dynamo met een keramische koppeling verbonden met de generator. Hiermee 5 wordt een thermische scheiding tussen de beide componenten verkregen, waardoor warmteverliezen verder beperkt kunnen worden.

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het met een elektrisch aangedreven 10 voertuig aandrijven van ten minste één externe last, omvattende: - het aansluiten van de ten minste één externe last op een generator en/of een energiebuffer voorzien in het voertuig; en 15 - het aandrijven van de ten minste één externe last door de generator en/of de energiebuffer.

De werkwijze biedt gelijke effecten en voordelen als die welke zijn genoemd bij het voertuig.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de 20 uitvinding worden toegelicht aan de hand van de voorkeursuitvoeringsvorm, waarbij verwezen wordt naar de bijgevoegde tekening, waarin tonen: — Figuur 1 een zijaanzicht van het voertuig volgens de uitvinding; 25 — Figuur 2 een blokschema van de gehele aandrijving van het voertuig; — Figuur 3 een aanzicht van een dynamo gebruikt in het voertuig uit figuur 1; en — Figuur 4 een vooraanzicht van de rotor van de dynamo uit 30 f iguur 3.

Een voertuig 2 (figuur 1) beschikt over een frame 4, dat voortbeweegt op een aantal wielen 6. De brandstof voor de generator wordt toegevoerd via de brandstoftoevoer. Tevens is 9 voertuig 2 voorzien van een externe aansluiting 10 op de energiebuf fer in de vorm van een accu (niet getoond) . Tevens beschikt voertuig 2 over een externe aansluiting 12 direct gekoppeld met de generator (niet getoond). Elk aangedreven 5 wiel 6 is voorzien van een permanente magneetmotor 14.

De generator, bijvoorbeeld uitgevoerd als (biologische) dieselmotor 16, drijft tijdens gebruik dynamo 18 aan. Dynamo 18 is verbonden met laadcircuit 20, waarmee de accu/energiebuffer 22 wordt opgeladen. Vanuit de 10 energiebuffer 22 wordt, via de besturing 24, de aandrijving 26 van het voertuig 2 aangedreven. Vanuit laadcircuit 20 kan optioneel een externe last 28 van energie worden voorzien. Hierbij krijgt de last 28 energie rechtstreeks vanuit de generator 16 via dynamo 18 en laadcircuit 20. Indien 15 generator 16 niet in bedrijf is kan een externe last 30 van energie worden voorzien vanuit energiebuffer 22, waarin energie is opgeslagen. De generator 16 zet energie, opgeslagen in bijvoorbeeld biodiesel, met de verbrandings-dichtheid aangeduid met pijl 32, aangevoerd met stroom 34 om 20 in een hoeksnelheid 36 van de motoras met een koppel 38 aan deze motoras. Het door de dieselmotor opgewekte mechanische vermogen wordt door dynamo 18 omgezet in elektrisch vermogen, waarbij de dynamo een spanning 40 genereert en laadcircuit 20 een stroom 42 opneemt. Het laadcircuit 20 voedt de 25 energiebuffer 22 op een spanning 44 met laadstroom 46. In geval van voortbeweging van voertuig 2 neemt besturing 24 op spanning 48 een stroom 50 af uit energiebuf fer 22. Vervolgens drijft besturing 24 de aandrijving 26 aan op spanning 52 met een stroom 54. De aandrijving 26 zet dit vermogen vervolgens 30 om in een hoeksnelheid 56 bij een koppel 58. In geval van het voorzien van een externe last 28 van energie kan laadcircuit 20, in de situatie dat de generator 16 in bedrijf is, bij een spanning 62 een stroom 60 verschaffen. In het geval dat de 10 generator 16 niet in bedrijf is kan een externe last 30 van energie worden voor2ien uit de energiebuffer 22 bij een spanning 66 onder een stroom 64. Deze externe lasten 28 en 30 kunnen niet alleen lasten betreffen buiten voertuig 2, zoals 5 laptops en tuingereedschappen, echter ook externe lasten in voertuig 2, zoals muziekinstallaties, klimatisering, etc.

Een generator 16 is verbonden met een dynamo 18 (figuur 3) door een keramische koppeling 68. Dynamo 18 is voorzien van een as 70 waarop zich aan het uiteinde, het 10 verst gelegen van de generator 16, een lager 72 bevindt. Dit betekent dat de as 70 aan één zijde door lager 72 en aan de andere zijde door de generator 16 wordt gedragen. Op deze wijze kan in de getoonde uitvoeringsvorm het aantal benodigde lagers worden beperkt. Lager 72 is geplaatst in een huis 74 15 waarbij aan de buitenzijde stator 76 is aangebracht. Aan de binnenzijde van huis 74 is rotor 78 geplaatst, roteerbaar rond as 70, en bewegend ten opzichte van stator 76. Aan de uiteinden van de rotorbladen van rotor 78 zijn magneten 80 aangebracht die via een stalen verbinding 82 zijn gekoppeld 20 met een aluminium uiteinde 84 van rotorblad 86. Rotorblad 86 (figuur 4) roteert binnen huis 74 waarbij de rotorbladen 86 onder een hoek zijn gevormd of geplaatst ten opzichte van as 70.

De onderhavige uitvinding is geenszins beperkt tot de 25 bovenbeschreven voorkeursuitvoeringsvorm; de gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn. Zo kan voertuig 2 ook betrekking hebben op een vaartuig 2, waarbij wielen 6 zijn vervangen door een schroef. Tevens is 30 het mogelijk, door geschikte plaatsing van de generator 16 en dynamo 18, eventuele warmteopwekking door deze onderdelen op efficiënte wijze te gebruiken voor verwarming van voertuig 2, indien gewenst. Door de afwezigheid van een directe koppeling 11 tussen de generator 16 en de bijbehorende aandrijvings-componenten kan, naast het laag-doorlaat-filtereffeet van een vrije ophanging, ook voorzien worden in geluiddemping. Dit zal bijdragen aan het comfort van de gebruikers van voertuig 5 2 en, bovendien vermindering van geluidshinder voor zowel omwonenden als medegebruikers van de (verharde) weg. Verder biedt de onderhavige uitvinding de mogelijkheid om ook op relatief afgelegen plaatsen op voordelige wijze met energie om te gaan. Zo kan bijvoorbeeld een, eventueel rijdend, 10 hospitaal van energie worden voorzien. Ook kan de plantaardige olie die als brandstof wordt gebruikt voor de verbrandingsmotor, bijvoorbeeld voor voedselbereiding worden gebruikt tijdens doorreis in dergelijke gebieden. Daarnaast behoort het tot de mogelijkheden om door de vrij te plaatsen 15 generator deze bijvoorbeeld op 2/3 afstand van de voorzijde te plaatsen, ter plaatse van de grootste onderdruk. Hiermee wordt ondermeer de wegligging verbeterd. Dit kan verder worden versterkt door toepassing van bijvoorbeeld een vrijwel vlakke bodemplaat. Dit is mede mogelijk door de reductie van 20 onderdelen en vrijere plaatsing van enige resterende onderdelen. Verder versterkt door de positioneringsmiddelen geeft dit bijvoorbeeld een betere stroomlijning van het voertuig.

1033557-

Claims (15)

1. Voertuig, omvattende: - een gestel voorzien van verplaatsingsmiddelen; 5. een met het gestel verbonden elektro-aandrijving voor het aandrijven van de verplaatsingsmiddelen; - een werkzaam met de aandrijving verbonden energiebuffer; - een direct met de energiebuffer verbonden generator 10 voor het opwekken van elektrische energie en het opladen van de energiebuffer, waarbij de generator vrij lopend van de aandrijving is verbonden met het gestel.

2. Voertuig volgens conclusie 1, waarbij een directe 15 externe aansluiting is voorzien voor het door de generator aandrijven van een externe last en/of het opladen van een externe energiebuffer.

3. Voertuig volgens conclusie 1 of 2, waarbij een 20 indirecte externe aansluiting is voorzien voor het uit de energiebuffer aandrijven van een externe last en/of het opladen van een externe energiebuffer.

4. Voertuig volgens conclusie 1, 2 of 3, waarin de 25 generator een verbrandingsmotor is.

5. Voertuig volgens één of meer van de conclusies 1-4, waarin de generator werkzaam is verbonden met de energiebuffer via een dynamo, waarbij de dynamo is voorzien 30 van een rotor, welke rotor functioneert als compressor van de generator. 1033557 .

6. Voertuig volgens één of meer van de conclusies 1-5, waarbij de aandrijving ten minste één PM-motor omvat.

7. Voertuig volgens conclusie 6, waarin de 5 verplaatsingsmiddelen wielen omvat, waarbij ten minste de wielen, welke stuurbaar zijn verbonden met een stuurinrichting van het voertuig, afzonderlijk zijn voorzien van een PM-motor.

8. Voertuig volgens één of meer van de conclusies 1- 7, waarin een energieomzetter is voorzien voor het omzetten van overtollige energie in bruikbare energie.

9. Voertuig volgens conclusie 8, waarin de 15 energieomzetter een terugwinningsschakeling omvat voor het opslaan van de overtollige energie in de energiebuffer.

10. Voertuig volgens conclusie 8, waarin de energieomzetter is voorzien van een vliegwiel voor het 20 opslaan van de overtollige energie, en een vliegwielkoppeling voor het onttrekken van de in het vliegwiel opgeslagen energie.

11. Voertuig volgens één of meer van de conclusies 1- 25 10, waarin de energiebuffer ten minste één lithium-accu omvat.

12. Voertuig volgens één of meer van de conclusies 1-11, waarin het voertuig is voorzien van positionerings- 30 middelen voor het verkrijgen van een lage luchtweerstand om onttrekking van energie aan de energiebuffer te beperken. ·. I ' *

13. Dynamo voor gebruik in een voertuig volgens één of meer van de conclusies 1-12, waarin de dynamo van een rotor is voorzien, welke rotor tevens als compressor functioneert. 5

14. Dynamo volgens conclusie 13, waarin de dynamo met een keramische koppeling is verbonden met de generator.

15. Werkwijze voor het met een elektrisch aangedreven 10 voertuig aandrijven van ten minste één externe last, omvattende: - het aansluiten van de ten minste ene externe last op een generator en/of een energiebuffer voorzien in het voertuig; en 15. het aandrijven van de ten minste ene externe last door de generator en/of de energiebuffer. 1033557