NL9201893A - Hybride aandrijfsysteem. - Google Patents

Description

Titel: Hybride aandrijfsysteem.

Beschrijving.

De uitvinding heeft betrekking op een hybride aandrijfsysteem.

Dergelijke hybride aandrijfsystemen zijn reeds geruime tijd onderwerp van onderzoek, waarbij in het bijzonder wordt gezocht naar mogelijkheden om op constructief eenvoudige wijze een aandrijfsysteem te ontwikkelen dat in staat is om energiestromen tussen resp. aandrijfcomponenten, energie opslaginrichting(en), en het feitelijke lastproces te regelen.

Bij dergelijke hybride systemen kan wat betreft de toepassing gedacht worden aan bijvoorbeeld warmte-krachtgekoppelde systemen, of bijvoorbeeld aan systemen voor het onttrekken van energie aan onder meer de getijdenstroming of de wind, terwijl gericht op voertuigen gedacht kan worden aan rail-of wegvoertuigen. De omschrijving aandrijfcomponent, dient ruim te worden opgevat, d.w.z. als actieve component, zoals in geval van een motor bijvoorbeeld een hydraulische-, pneumatische-, electrische- of verbrandingsmotor en ongeacht de draairichting daarvan, doch tevens als passieve component, d.w.z. als energie-opnemer, bijvoorbeeld als generator of als pomp. De energie-opslaginrichting kan bijvoorbeeld een electro-chemische component zijn, zoals een accubatterij of een mechanische, zoals een vliegwiel, doch ook is toepasbaar een inrichting voor de opslag van energie door het samenpersen van gas.

Toegespitst op een voertuig kan het lastproces worden gezien als het proces waarin het door het hybride aandrijfsysteem ontwikkelde vermogen wordt gebruikt voor de aandrijving van een met de wielen van dit voertuig in verbinding staand drijfwerk, of omgekeerd als het proces waarin het drijfwerk energie teruglevert aan een of meer van de genoemde componenten.

De tot nu toe bekende systemen zijn zodanig dat het op eenvoudige wijze beïnvloeden van de groottes en richtingen van de energiestromen tussen de verschillende componenten, die afwisselend actief of passief bedreven kunnen worden, te wensen overlaat, waardoor nog teveel energie, bijvoorbeeld in de vorm van remenergie bij voertuigsystemen, verloren gaat.

In de bekende hybride systemen word bovendien de motor veelal niet in een gebied met optimaal rendement bedreven, waardoor de verbrandingsmotor in verband met de gewenste acceleratie in staat moet zijn een relatief te groot vermogen te leveren, hetgeen resulteert in een hoge emissie van uitlaatgassen en een sterke geluidsafstraling. Bij hybride aandrijvingen, die ook voorzien zijn van een elektrische aandrijving en waarbij gebruik gemaakt wordt van een accu, een brandstofcel, het publieke elektriciteitsnet, of een andere elektrische energiebron, moeten, in verband met het gewenste acceleratievermogen van het voertuig, de elektromotor en de electrische energiebron een hoog vermogen kunnen leveren, hetgeen het aandrijfsysteem zwaar en duur maakt.

De onderhavige uitvinding stelt zich ten doel om een hybride aandrijfsysteem te verschaffen, waarin de beïnvloeding van grootten en richtingen van de verschillende energiestromen een optimale en verliesarme energieoverdracht tussen de diverse componenten mogelijk maakt.

Daartoe bezit het hybride aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding tenminste een eerste planeetoverbrenging, voorzien van een zonnewielas, een planeten-drageras en een ringwielas, een met de zonnewielas gekoppelde eerste aandrijfcomponent, een met de planeten-drageras gekoppelde tweede aandrijfcomponent, een continu variabele transmissie (hierna te noemen CVT) met een primaire as en een secundaire as voor aandrijving van een drijfwerk of last, en schakelbare koppelingen die enerzijds met de planeten-drageras en de ringwielas en anderzijds met de vaste wereld en de primaire as zijn verbonden.

Een voordeel van het hybride aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding is, dat het voorziet in de mogelijkheid om in bepaalde schakeltoestanden uiteenlopende combinaties van koppelingen in te schakelen, waardoor naar wens energiepaden tussen de aandrijfcomponenten vrij worden gemaakt. Daar de CVT zodanig is geschakeld, dat deze zich in elk pad naar het drijfwerk bevindt, is te allen tijde ook beïnvloeding van de grootte van de betreffende energiestroom naar en van het drijfwerk mogelijk.

Van voordeel is, dat elk type planeetoverbrenging, of kortweg planeetset ongeacht de bouwwijze ervan in principe in het aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding kan worden toegepast. In het algemeen is de bouwwijze zodanig dat de planeetset drie assen heeft, die in principe echter onderling verwisselbaar zijn. Zie bijvoorbeeld het artikel van H.W. Müller, gepubliceerd in ANTRIEBSTECHNIK 15 (1976, nr. 1), getiteld "Einheitliche Berechnung von Planetengetrieben". Dat er in dat algemene kader bouwwijzen mogelijk zijn, waarbij in de planeetset in het geheel geen ringwiel is aan te wijzen, laat de om redenen van eenvoud gemaakte aanduiding "ringwielas" onverlet. Elke in dit artikel opgenomen uitvoeringsvorm van planeetoverbrengingen is toepasbaar. In de in het navolgende nog te bespreken figuren is gekozen voor de meest eenvoudige en vaakst toegepaste uitvoeringsvorm volgens fig. 2a van deze literatuur.

Bovendien is van voordeel dat elk type gangbare CVT kan worden toegepast. Te denken valt hierbij aan een hydraulische-, hydrostatische-, hydrodynamische-, V-riemketting-, V-riemduwband, torroidale- of andersoortige mechanische transmissie, of ook een electrische CVT.

De opzet van het hybride aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding is zodanig dat de keuze van de eerste en de tweede aandrijfcomponenten die in hun meest algemene vorm energie kunnen genereren, dan wel dissiperen, vrij te bepalen is. In praktische gevallen zal de ene aandrijfcomponent een verbrandingsmotor zijn en de andere een mechanisch hydraulische of mechanisch pneumatische, dan wel electro-mechanische omzetter zijn, in welk laatste geval de omzetter als electromotor of als electrische generator kan worden bedreven. Een ander praktisch geval betreft de uitvoering dat de ene aandrijfcomponent een electromechanische omzetter is en de andere een vliegwiel. Weer een andere mogelijke combinatie wordt gevormd door een (verbrandings) motor en een vliegwiel.

Een compacte bouwwijze van het hybride aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding, ontstaat door de zonnewielas hol uit te voeren en de planeten-drageras vanaf de aan een zijde van het vliegwiel geplaatste planeetoverbrenging door de holle zonnewielas naar de aan de andere zijde van het vliegwiel opgestelde tweede aandrijfcomponent te laten lopen.

Een voorkeursuitvoeringsvorm met vele toepassingsmogelijkheden ontstaat bij een hybride aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding, omvattende een tweede planeetoverbrenging voorzien van een star met de planeten-drageras van de eerste planeetoverbrenging gekoppelde planeten-drageras, en schakelbare koppelingen die enerzijds met de planeten-drageras en de ringwielas van de tweede planeetoverbrenging en anderzijds met een drijfas van de tweede aandrijfcomponent zijn verbonden.

Het voordeel van de voorkeursuitvoeringsvorm van het hybride aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding is, dat door toepassing van de tweede planeetoverbrenging het totale aantal met behulp van de schakelbare koppelingen te realiseren schakeltoestanden nog verder wordt vergroot, waardoor optimalisatie van nog grotere aantallen toepassings- en gebruiksmogelijkheden ontstaan.

Een bijzondere voorkeursuitvoeringsvorm van het hybride aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding ontstaat, doordat de eerste aandrijfcomponent een in een behuizing roteerbaar electro-magnetisch uitgevoerd vliegwiel is.

Hierbij kan gekozen worden voor aan het vliegwiel bevestigde magneten gecombineerd met magnetisch met de magneten gekoppelde en aan de behuizing bevestigde spoelen. Andersom kan ook maar dan zullen sleepringen moeten worden toegepast om de electromagnetische spoelen op het vliegwiel van stroom te kunnen voorzien.

Van voordeel is, dat het mechanische en tevens electromagnetische vliegwiel het hybride aandrijfsysteem geschikt maakt om met behulp van passende op de spoelen aangesloten electrische stuurmiddelen naar wens te worden bedreven als electrische motor of als electrische rem c.q. electrische generator, in welk laatste geval een in een voertuig geplaatste accubatterij daarmede kan worden geladen. Bovendien wordt dan bij toepassing van een verbrandingsmotor, de normalerwijze aan deze verbrandingsmotor gemonteerde generator overbodig, omdat het elektromechanische vliegwiel in de behoefte aan elektrische energie kan voorzien.

Verder is van voordeel dat in geval van een verbrandingsmotor deze door de rotatie van het vliegwiel worden gestart, waardoor de normalerwijze aan de motor gemonteerde startmotor kan vervallen. Desgewenst, doch niet noodzakelijkerwijze kan het vliegwiel tegelijkertijd als electrische motor of electrische generator worden bedreven.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm ontstaat daardoor, dat de tweede aandrijfcomponent een verbrandingsmotor met een d.m.v. een schakelbare koppeling te bedienen motorvliegwiel is.

Het ter voorkoming van trillingen voor een verbrandingsmotor essentiële motorvliegwiel, wordt reeds in beweging gebracht voordat de verbrandingsmotor zelf wordt ingekoppeld, zodat een inkoppelschok tengevolge van het te zamen met de motor in beweging brengen van het motorvliegwiel, wordt verminderd.

In nog een verdere voorkeursuitvoeringsvorm zijn de als vliegwiel uitgevoerde eerste aandrijfcomponent en/of het motorvliegwiel van de tweede aandrijfcomponent in een wrijvingsarme behuizing roteerbaar gemonteerd, waardoor, ten gevolge van het veelal vacuüm zuigen van de behuizing, dan wel met een speciaal daartoe geëigend gas gevuld zijn van de behuizing, de betreffende wrijvingsverliezen zeer klein zullen zijn. Bij voorkeur zijn het vliegwiel en het motorvliegwiel beiden in de behuizing geïntegreerd.

Een excentrische positionering van de eerste aandrijfcomponent wordt mogelijk in een verdere uitvoering van het hybride aandrijfsysteem, waarin tussen de (gemeenschappelijke) zonnewielas en de eerste aandrijfcomoponent een overbrenging is geschakeld, hetgeen om constructieve redenen bijvoorbeeld bij het als een vliegwiel en/of als hydraulische-en/of electrische omzetter uitvoeren van de betreffende aandrijfcomponent van belang kan zijn. De overbrenging zelf kan elke gewenste vorm hebben, en kan bijvoorbeeld zijn uitgevoerd als een tandwielenset, een tandriem overbrenging of kan een snaaroverbrenging betreffen.

Van voordeel is dat elk type gangbare koppeling als schakelbare koppeling kan worden gebruikt, waarbij bijvoorbeeld gedacht kan worden aan een droge- of natte plaat- of lamellenkopppeling, in welk laatste geval de voorkeur wordt gegeven aan een eenvoudig te bekrachtigen hydraulische lamellenkoppe1ing.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van het hybride aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding, wordt voorzien in middelen met behulp waarvan aan het vliegwiel een variabele maximale beladingstoestand wordt gegeven, waardoor de maximale hoeveelheid in het vliegwiel opgeslagen kinetische energie instelbaar is en kan worden afgestemd op de momentane energiebehoefte.

Bij bepaalde toepassingen is dit een voordeel.

Bijvoorbeeld in een voertuig, dat zowel overwegend in stadsverkeer als overwegend op snelwegen gebruikt moet kunnen worden. In stadsverkeer verdient het de voorkeur omwille van een beperking van de wrijvingsverliezen in het hybride aandrijfsysteem, de maximaal toegepaste beladingstoestand niet hoger te maken dan noodzakelijk om tot de maximaal in de stad toelaatbare snelheid te accelereren. Op snelwegen daarentegen, wordt een hogere maximale beladingstoestand toegepast, aangepast aan de daar geldende maximum snelheid.

De uitvinding zal te zamen met de verdere daarmede samenhangende voordelen nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuren, waarin dezelfde verwijzingscijfers zijn gebruikt ter aanduiding van soortgelijke onderdelen. Daarbij toont:

Figuur 1, een uitvoeringsvorm van het hybride aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding, dat omwille van zijn ruime toepassingsmogelijkheden technisch de voorkeur verdient; figuur 2, een volgende uitvoeringsvorm van het hybride aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding, waarin een vliegwiel is uitgevoerd als electromagnetische omzetter; figuur 3, een schematisch overzicht van een tiental met behulp van de uitvoeringsvorm van figuur 1 te realiseren schakeltoestanden; figuur 4 resp. figuur 5 toerental diagrammen, welke zullen worden gebruikt voor het toelichten van de werking van' het hybride aandrijfsysteem overeenkomstig de uitvinding voor het geval de in figuur 3 getoonde schakeltoestanden 6 resp. 7 optreden.

figuur 6 een uitvoeringsvorm waarbij de eerste aandrijfcomponent excentrisch is geplaatst; figuur 7 een uitvoeringsvorm, waarbij een vloeistofkoppeling in de aandrijflijn is opgenomen; en figuur 8 een constructieve variant op het hybride aandrijfsysteem van figuur 2.

De figuren 1,2,6,7 en 8 tonen mogelijke uitvoeringsvormen van een hybride aandrijfsysteem 1, dat omvat een aandrijfcomponent D, desgewenst een koppeling K, resp. planeetoverbrengingen/sets A en B, een vliegwiel I, een continu variabele transmissie 2 en een met de transmissie 2 gekoppeld lastproces L, dat in de figuren 2 en 8 technisch nader is uitgewerkt in de vorm van een voorwielaandrijving voor een voertuig. De component D kan in principe een electromagnetische omzetter zijn, welke als motor, dan wel als generator kan functioneren, doch dit kan ook in de figuren 2 en 8 schematisch aangeduide verbrandingsmotor D zijn. In het geval van een verbrandingsmotor D is deze in het algemeen ter beperking van motortrillingen voorzien van een motorvliegwiel 3. De motor D heeft een drijfas 4/4a, waarbij zich tussen het motorvliegwiel 3 en de drijfas 4a een koppeling K bevindt (zie figuren 2 en 8). De koppeling K is evenals de verdere nog toe te lichten koppelingen P1'2' -^1,2 en V1'2' schakelbaar, in de zin dat deze met behulp van niet weergegeven middelen bijvoorbeeld hydraulisch of electrisch in- en uitschakelbaar is. De vervolgens van het aandrijfsysteem 1 deel uitmakende drijfas 4 staat in de uitvoeringsvormen van de figuren 1,6 en 7 verbinding met twee koppelingen en P2 · Planeetset A bezit evenals planeetset B een in dit geval gezamelijke zonnewielas 5, planeten-dragerassen 6 resp. 7 en ringwielassen 8 resp. 9. Op de gemeenschappelijke zonnewielas 5 bevindt zich de eerste aandrijfcomponent welke hier is uitgevoerd als vliegwiel I. In het aldus ontstane compacte en symmetrische aandrijfsysteem 1, is de gemeenschappelijke zonnewielas 5 met uitzondering van de uitvoering van fig. 8, hol uitgevoerd en loopt hierin een centrale as 10, die de planeten-dragerassen 6 en 7 onderling star koppelt. In de uitvoeringen van de figuren 1,6 en 7 is de as 4 van de als tweede aandrijf component aan te duiden motor D is via koppeling P-^ gekoppeld met ringwielas 8 van set A, terwijl koppeling P2 de as 4 met de planeten-drageras 6 van set A koppelt.

De CVT 2, bezit een primaire as 11 en een secundaire met het lastproces of drijfwerk L gekoppelde as 12. De koppelingen M-j_ en M2 zijn, volgens de in de figuur getekende uitvoering, aan één zijde bevestigd aan het huis H en aan de andere zijde met resp. met de planeten-drageras 7 en de ringwielas 9 van set B, terwijl de koppelingen en V2 enerzijds op de (primaire) as ll/lla en anderzijds op resp. de ringwielas 9 en de planeten-dragers van set B zijn aangesloten.

In de uitvoering van de figuren 2 en 8 ontbreekt de planeetoverbrenging A. De in deze figuren nader uitgewerkte CVT is van het bekende type met poelies 13 en 14, waartussen en V-snaar 15 verplaatsbaar is met behulp van niet nader aangeduide middelen voor het continu beïnvloeden van de transmissieverhouding tussen de primaire as 11 en de secundaire as 12. Zoals reeds eerder vermeld, zijn in principe ook ander soorten continu variabele transmissies toepasbaar in het hybride aandrijfsysteem 1. De secundaire as 12 van de CVT staat op de gebruikelijke wijze in verbinding met de wielen 16,17 via een desgewenst als reductietrap uit te voeren (zie fig. 8) eindtandwieltrap 18, een differentieel 19 en aandrijfassen 20.

Het in de uitvoeringsvorm van figuren 2 en 8 weergegeven vliegwiel I bezit hier in het schijfgedeelte 21 van het vliegwiel I aangebrachte permanente magneten 22, die magnetisch met stilstaande spoelen 23 zijn gekoppeld. Deze toevoeging aan het hybride aandrijfsysteem 1 leidt ertoe, dat het vliegwiel I niet alleen als mechanische energiebuffer kan worden benut, doch dat desgewenst de hierin opgeslagen kinetische energie kan worden uitgekoppeld naar met de spoelen 23 te verbinden accubatterijen. Voorts kan de kinetische energie in het vliegwiel I worden aangevuld door de alsdus ontstane electromagnetische omzetter 22,23 te bedrijven als motor, waardoor de toepassings en gebruiksmogelijkheden van het hybride aandrijfsysteem 1 sterk worden vergroot.

Bij toepassing van een verbrandingsmotor kan in dat geval zelfs een electrische startmotor ontbreken. De verbrandingsmotor kan worden gestart door gebruik te maken van de rotatie van het vliegwiel I en het sluiten van koppeling K.

In het hiernavolgende zal het met behulp van de koppelingen Ρΐ7 P2, M-l, M2 en V·^ V2 bedienen van het hybride aandrijfsysteem 1 nader worden toegelicht. In figuur 3 zijn de 10 verschillende schakeltoestanden, die genoemde koppelingen kunnen innemen, genummerd 1, 2.......10. Met behulp van de in figuur 1 getoonde uitvoering, zijn alle 10 schakeltoestanden te realiseren terwijl met behulp van de in figuur 2 getoonde uitvoering de schakeltoestanden 4, 5, 7 en 10 komen te vervallen. Opgemerkt wordt, dat om de figuur 3 niet te veel te compliceren, CVT 2 in het blok L van het lastproces gedacht dient te worden.

In schakeltoestand (ST^) zijn de koppelingen M2 en V2 bekrachtigd. Ringwielas 9 van planeetset B wordt dus ten opzichte van het huis H stilgehouden. Het vliegwiel I is via planeten-drageras 7 van planeetset B verbonden met de primaire as 11 van de transmissie 2. Planeetset A draait loos mee. In deze schakeltoestand, evenals in de in het navolgende toe te lichten schakeltoestanden 2 t/m 7 is energieuitwisseling mogelijk tussen het vliegwiel I en het lastproces L, d.w.z. het vliegwiel kan het lastproces aandrijven of omgekeerd.

Er zal in het algemeen een overbrengverhouding van de CVT 2 zijn, waarbij de energieoverdracht tussen het vliegwiel I en het lastproces L nul is, omdat de op de assen werkende koppels nul zijn. Bij een andere dan genoemde overbrengverhouding wordt de energieoverdracht ongelijk nul. De richting van de energieoverdracht hangt af van het feit of de ingestelde overbrengverhouding groter of kleiner is dan die waarbij een koppel wordt overgebracht. De grootte van de energieoverdracht wordt bepaald door de snelheid waarmee de overbrengverhouding veranderd wordt en de grootte van de met de primaire en secundaire assen 11, 12 van de CVT verbonden lasten en traagheden.

Dit geldt eveneens voor de nog nader toe te lichten schakeltoestanden 2 t/m 5. Toegespitst op toepassing van het hybride aandrijfsysteem 1 in voertuigen, kan in schakeltoestand 1 energie uit vliegwiel naar het voertuig worden gevoerd, of vanuit het voertuig terug naar het vliegwiel worden gevoerd. De snelheid van het voertuig en de mate waarin dit wordt versneld of vertraagd, hangen af van de overbrengverhouding van de CVT. Dit geldt, zij het in tegengestelde rijrichting, ook in schakeltoestand 2, waarin de koppelingen M]_ en V-^ bekrachtigd zijn. Het verschil met ST-^ is dat thans de planeten-drageras 7 van set B ten opzichte van het huis H wordt stilgehouden en ringwielas 9 met de primaire as 11 is gekoppeld.

Schakeltoestand 3 kan gezien worden als schakeltoestand 1 met bijgeschakelde tweede aandrijfcomponent D. In deze schakeltoestand komt de schakeling van planeetset B overeen met die van ST]^. Echter wordt thans met behulp van koppeling P2 de tweede aandrijfcomponent D bijgeschakeld. Deze aandrijfcomponent D is met de planeten-drageras 6 van set A gekoppeld en is via de centrale as 10 eveneens met de planeten-drageras 7 en via zonnewielas 5 met het vliegwiel I verbonden. Bovendien staat aandrijfcomponent D via koppeling V2 in verbinding met lastproces L. Thans draait ringwielas 8 van set A loos mee.

Grootte en richting van de energieoverdracht tussen aandrijfcomponent en vliegwiel I hangen af van de het toerental en het afgegeven koppel van de aandrijfcomponent D. Uiteraard kan dit koppel ook negatief zijn. Deze opmerking m.b.t. de energieoverdracht tussen de component D en vliegwiel I geldt eveneens voor de hierna nog toe te lichten schakeltoestanden 4 en 5.

Als toepassing van schakeltoestand 3, kan gezien worden het versnellen c.q. het rijden c.q. het vertragen m.b.t. de aandrijfcomponent D en vliegwiel I.

Schakeltoestand 4 kan gezien worden als schakeltoestand 2 met bijgeschakelde tweede aandrijfcomponent D. In deze schakeltoestand zijn de beide planeten-dragerassen 6 en 7 ten opzichte van het huis A via koppeling M2 geblokkeerd. Het toerental van de primaire as 11 hangt af van de overbrengverhouding van set A. Tenminste zal de draairichting van drijfas 4 tegengesteld zijn aan die van het vliegwiel I.

Bij een voertuigtoepassing van schakeltoestand 5 dient gedacht te worden aan het rijden c.q. vertragen m.b.v. het vliegwiel I en de tweede aandrijfcomponent D bij een in het algemeen laag toerental van de drijfas 4. Een tweede mogelijke voertuigtoepassing is, indien D een verbrandingsmotor is, het bij laag toerental starten van deze motor m.b.v. de rotatie-energie van het vliegwiel, als alternatief voor de toepassing van koppeling K. In deze toestand zijn de beiden planeten-dragerassen 6 en 7 via koppeling V2 met de primaire as 11 verbonden. Ringwielas 9 van set B wordt via koppeling M2 t.o.v. het huis H stilgehouden. De aandrijfcomponent D is via koppeling PI verbonden met het ringwiel 8 van planeetset A. Het toerental en de draairichting van drijfas 4 hangen samen met de keuze van de overbrengverhoudingen van de planeetsets A en B. In deze schakeltoestand kan, zoals reeds eerder opgemerkt, energieuitwisseling plaatsvinden tussen de tweede aandrijfcomponent D en de eerste aandrijfcomponent in de vorm van het vliegwiel I. Voorts kan energie-uitwisseling plaatsvinden tussen de component D en het lastproces L, op reeds toegelichte wijze. Opnieuw geldt dat grootte en richting van de energieoverdracht tussen de aandrijfcomponent D en de aandrijfcomponent I afhangen van het toerental en het afgegeven koppel van component D.

In elk van de reeds toegelichte schakeltoestanden l t/m 5, alsmede in de nog toe te lichten schakeltoestanden 8 t/m 10 wordt steeds tenminste een as van de sets A en B t.o.v. het huis H stilgehouden en is er derhalve sprake van een vaste verhouding tussen de toerentallen van het vliegwiel I en de drijfas 4.

Dit geldt niet voor schakeltoestand 6, waarin de koppelingen P2 en V]_ zijn bekrachtigd en planeetset A loos meedraait. In STg draaien alle assen 5, 7 en 9 van set B. Het toerental van as 11 hangt af van zowel het toerental van het vliegwiel I als van het toerental van drijfas 4. Bij een constant toerental van as 11, zal het toerental van as 5 bij een toenemend toerental van as 4 ook toenemen.

Het op de planeten-dragerassen 6 en 7 werkende koppel van de tweede aandrijfcomponent is in een vaste verhouding in evenwicht met de koppels die op de ringwielas 9 en de zonnewielas 5 werken. Hoe de energieoverdracht in deze schakeltoestand zal zijn, hangt af van de draairichting van de verschillende assen en van de verhouding tussen het toerental van de zonnewielas 5 en het toerental van de ringwielas 9 c.q. de primaire as 11.

Daar de regeling van grootte en richting van de energieoverdracht in de onderhavige schakeltoestand principieel anders is dan bij de voorafgaande toegelichte schakeltoestanden, zal een en ander aan de hand van figuur 4 nader worden toegelicht. In figuur 4, staat verticaal het toerental n-j^ van as 11 als functie van het toerental n4 van de as 4, waarbij als parameter het toerental van het vliegwiel I, te weten dat van as 5, is opgenomen. De lijn door de oorsprong vormt in de kwadranten 1 en 3 de scheidslijn tussen het gebied waarbij het toerental van het vliegwiel positief (onder de scheidslijn) is en die ten opzichte waarvan het toerental van het vliegwiel negatief is. Op de scheidslijn geldt dat het toerental van het vliegwiel, te weten nj nul is. Dit diagram alsmede het nog toe te lichten diagram van figuur 5, komt tot stand op basis van de welbekende vergelijking van Willis, welke vergelijking overigens in combinatie met de formule die uitdrukt dat de som van de momenten op de assen van een planeetset nul dient te zijn, de basiskennis vormt voor de vakman, op basis waarvan te zamen met het eerder genoemde artikel van H.W. Müller de voor het onderhavige hybride aandrijfsysteem 1 noodzakelijke berekeningen kunnen worden gemaakt.

Wordt als aandrijfcomponent D een verbrandingsmotor gebruikt, dan kan deze zonder verdere hulpmiddelen in het algemeen slechts in één draairichting van de drijfas 4 energie afgeven. Het betreffende toepassingsgebied voor de verbrandingsmotor is in figuur 4 d.m.v. de hoofdletter C aangegeven. Indien als aandrijfcomponent D een electromotor wordt gekozen, geldt het toepassingsgebied E. In het donker aangegeven gebied, geldt dat, indien het vliegwiel I in dezelfde richting roteert als de motor D, dat dan de motor D zowel de last L als het vliegwiel I aandrijft dan wel afremt. In het in hetzelfde eerste kwadrant gelegen gebied, dat beneden de lijn nj is 0 ligt, en dat iets lichter van kleur is, geldt dat het vliegwiel en de motor als aandrijfcomponent D gezamelijk energie leveren aan de last. In het vierde kwadrant geldt, dat het lastproces en de aandrijfcomponent 'D gezamelijk het vliegwiel aandrijven. Het voorgaande geldt ook voor toepassing van een electromotor in gebied E, waarbij in de kwadranten twee en drie de overeenkomstige energie-overdrachten in dezelfde kleuren zijn aangegeven als in het eerste en tweede kwadrant.

Het toerental van de drijfas 4, hangt samen met de ingestelde overbrengverhouding van de CVT 2 en het vliegwieltoerental. Het koppel in de aandrijfas 4 worden bepaald door het afgegeven koppel van de aandrijfcomponent D. Het op de as 5 van het vliegwiel I uitgeoefende koppel, staat in een vaste verhouding tot het koppel van aandrijfcomponent D geleverde koppel, zoals dat ook het geval is met het op de as 11 van het lastproces L uitgeoefende koppel. De richting van de energiestromen hangt af van de momentane verhoudingen tussen de toerentallen van de assen 11, 5 en 4, en de richting van het koppel van de aandrijfcomponent D, zoals in figuur 4 is aangegeven.

In ST7 zijn de koppelingen en V2 ingeschakeld, en ontstaat een aan figuur 4 soortgelijk diagram, dat in figuur 5 is getoond. In het donkere boven de lijn nj is 0 gelegen gebied, kan bij een positief en toenemend toerental, kan zowel door het vliegwiel I als door de aandrijfcomponent energie worden geleverd aan de last L, terwijl in het onder de lijn nj is 0 gelegen gebied in het eerste kwadrant door de aandrijfcomponent D energie wordt geleverd of onttrokken aan zowel het vliegwiel I als het lastproces L, terwijl in het iets lichtere boven de lijn nj is 0 gelegen gebied, gezamenlijk door het vliegwiel I en door de aandrijfcomponent D energie kan worden geleverd of worden ontrokken aan de last L.

Een en ander geldt in het voor de verbrandingsmotor beperkte toepassingsgebied C, terwijl in het· vierde kwadrant voor deze toepassing door de last L en de component D gezamenlijk energie wordt geleverd of onttrokken aan de eerste aandrijfcomponent, te weten het vliegwiel I. Het voor een electromotor als aandrijfcomponent D te gebruiken bredere toepassingsgebied is weer van de letter E voorzien, voor het donkere en lichtere gebied gelden beschouwingen die soortgelijk zijn aan het hierboven reeds toegelichte, terwijl in het tweede kwadrant een soortgelijke beschouwing geldt als in het vierde kwadrant.

De regeling van de grootte en de richting van de energieoverdrachten vindt in de onderhavige schakeltoestand op analoge wijze plaats als die in schakeltoestand 6.

Voor wat betreft de in de figuren 4 en 5 donker aangegeven gebieden, is van belang om op te merken, dat aan het vliegwiel I zolang energie kan worden onttrokken, totdat het toerental van de as 5, nul is geworden. Van voordeel is dat het hierdoor zelfs mogelijk wordt om de in het vliegwiel I opgeslagen energie volledig te benutten. Betreffende de in iets lichtere kleur aangegeven gebieden, is vooral van belang, dat de aandrijfcomponent D onder gelijktijdige aandrijving van de last, het vliegwiel aandrijft en indien dit elektro-magnetisch is uitgevoerd, bij constant vliegwieltoerental een accubatterij kan laden. Het toerental van component D kan gelijktijdig oplopen. In het lichtst aangegeven gebied tenslotte, kan onder gelijktijdige onttrekking van energie aan het lastproces, m.b.v. aandrijfcomponent D energie aan het vliegwiel worden toegevoerd.

In schakeltoestand 8 ontstaat een "direct drive" tussen aandrijfcomponent D en de last L door het inschakelen van de koppelingen P2 en V2, terwijl het vliegwiel I is ontkoppeld. De ringwielassen 8 en 9 draaien loos mee.

Het toerental van drijfas 4, hangt bij deze schakeltoestand samen met de keuze van de overbrengverhouding van de transmissie 2. De grootte van de energieoverdracht hangt vervolgens af van het door de aandrijfcomponent D afgegeven koppel. Duidelijk is dat bij toepassing van een verbrandingsmotor de regeling gelijk is aan die in een conventioneel van een CVT voorzien voertuig.

In schakeltoestand 9, waarbij de koppelingen P2 en M2 zijn ingeschakeld, wordt het vliegwiel I met de component D verbonden. Het lastproces L is dan ontkoppeld, terwijl er in deze schakeltoestand, alsmede in het navolgende toe te lichten schakeltoestand 10 energieuitwisseling plaatsvindt tussen component D en vliegwiel I en, in geval een elektromagnetisch vliegwiel wordt toegepast, ook tussen vliegwiel I en spoelen 23. Grootte en richting van de energieoverdracht wordt in deze schakeltoestand bepaald door koppel en toerental van de component D, resp. door de stroom door de spoelen 23.

In schakeltoestand 10, zijn de koppelingen P^ en ingeschakeld en wordt het vliegwiel I in tegengestelde richting geladen. Ook hier is het lastproces L ontkoppeld en draait de ringwielas 9 loos mee.

Op basis van de voorgaande toelichtig moge duidelijk zijn dat varianten van met name de in de figuren 1 en 2 toegelichte uitvoeringsvormen van het hybride aandrijfsysteem 1 mogelijk zijn. Te denken valt daarbij in het bijzonder aan een uitvoering, waarbij het als electromagnetische omzetter 22,23, uitgevoerde vliegwiel I, wordt toegepast in de uitvoering van figuur 1, waardoor een uiterst flexibel en zelfs 10 onafhankelijke schakeltoestanden kennend systeem ontstaat, dat d.m.v. de omzetter 22,23 de mogelijkheid kent om electrische energie uit te wisselen met een op de spoelen 23 aan te sluiten electrische energiebron en/of elektrisch opslagmedium, terwijl daarnaast de massatraagheid van dezelfde magneten 22 worden benut om mechanische energie in de vorm van kinetische energie op te slaan vanuit en desgewenst weer af te geven aan hetzij de component D, hetzij de wielen 16,17, hetzij het proces L of een combinatie van deze energieafnemers of -bronnen. Desgewenst kan de symmetrisch compacte uitvoering van de figuren 1 en 2 worden verlaten, teneinde het vliegwiel I excentrisch te plaatsen en d.m.v. een aan de zonnewielas 5 te koppelen overbrenging 24 aan te drijven. In figuur 6 is dit nader aangegeven. Als overbrenging is hier een poly-v-belt overbrenging 24 getekend. Uiteraard is echter elke andere geschikte overbrenging, zoals bijvoorbeeld een tandriem- of tandwieloverbrenging toepasbaar.

Indien de omzetter 22, 23, werkt als motor, onstaat in feite een tertiaire aandrijving naast de mechanische aandrijving door het vliegwiel I en de aandrijving door component D.

Vanzelfsprekend kan bijvoorbeeld koppeling worden verplaatst van planeten-drageras 7 aan een kant van het vliegwiel I naar de andere kant van het vliegwiel I, zodat deze dan is aangesloten op de in figuur aangegeven planeten-drageras 6.

Een variabele maximale beladingstoestand van het vliegwiel I, onstaat door de met name aan de omtrek ervan geconcentreerde massa in grootte afhankelijk te maken van de specifieke toepassing, of door het maximum gebruikstoerental afhankelijk te maken van de specifieke toepassing.

Bij toepassing van een CVT 2 waarbij het niet mogelijk is dat de secundaire as 12 van de CVT stilstaat wanneer de primaire as 11 draait, verdient het de voorkeur te beschikken over een slippend element. Dit kan bijvoorbeeld bereikt worden door één van de koppelingen uit te voeren als synchronisatiekoppeling, dan wel een afzonderlijk slipelement tussen vliegwiel en last op te nemen, zoals bijvoorbeeld een vloeistofkoppeling of koppelvormer 25. In figuur 7 is bij wijze van voorbeeld, een aan de primaire as 11 van de CVT 2 geplaatste vloeistofkoppeling 25 weergegeven.

Als mogelijke toepassing kan bijvoorbeeld worden gedacht aan opslagmedium voor windenergie, als opslagmedium voor de energie, welke aan of door personenauto's, vrachtauto's of bijvoorbeeld bussen, rail- of andere voertuigen wordt geleverd of onttrokken bij het respectievelijk accelereren of descellereren van het voertuig. Tevens zijn er goede toepassingsmogelijkheden bij het hijsen of neerlaten van lasten.

Claims (15)

1. Hybride aandrijfsysteem, omvattende tenminste een eerste planeetoverbrenging, voorzien van een zonnewielas, een planeten-drageras en een ringwielas, een met de zonnewielas gekoppelde eerste aandrijfcomponent, een met de planeten-drageras gekoppelde tweedë aandrijfcomponent, een continu variabele transmissie met een primaire as en een secundaire as voor aandrijving van een drijfwerk, en schakelbare koppelingen die enerzijds met de planeten-drageras en de ringwielas en anderzijds met de vaste wereld en de primaire as zijn verbonden.

2. Hybride aandrijfsysteem volgens conclusie 1, waarbij de zonnewielas hol is en de planeten-drageras vanaf de aan een zijde van het vliegwiel geplaatste planeetoverbrenging door de holle zonnewielas naar de aan de andere zijde van het vliegwiel opgestelde tweede aandrijfcomponent loopt.

3. Hybride aandrijfsysteem volgens conclusie 1 of 2, omvattende een tweede planeetoverbrenging voorzien van een star met de zonnewielas van de eerste planeetoverbrenging gekoppelde zonnewielas, en voorzien van een star met de planeten-drageras van de eerste planeetoverbrenging gekoppelde planeten-drageras, en schakelbare koppelingen die enerzijds met de planeten-drageras en de ringwielas van de tweede planeetoverbrenging en anderzijds met een drijfas van de tweede aandrijfcomponent zijn verbonden.

4. Hybride aandrijfsysteem volgens een van de conclusies 1-3, waarbij de eerste aandrijfcomponent een in een behuizing roteerbaar vliegwiel is, waaraan een van de componenten t.w. een of meer magneten resp. met de magneten gekoppelde spoelen zijn bevestigd, en waarbij aan de andere component de behuizing is bevestigd.

5. Hybride aandrijfsysteem volgens conclusie 4, waarbij de magneten zijn uitgevoerd als permanente magneten, dan wel als met spoelen uitgevoerde electromagneten.

6. Hybride aandrijfsysteem volgens conclusie 5, waarbij de permanente magneten aan het vliegwiel zijn bevestigd.

7. Hybride aandrijfsysteem volgens een van de conclusies 1-6, waarbij de tweede aandrijfcomponent een verbrandingsmotor met een d.m.v. een schakelbare koppeling te bedienen motorvliegwiel is.

8. Hybride aandrijfsysteem volgens een van de conclusies 1-7, waarbij de als vliegwiel uitgevoerde eerste aandrijfcomponent en/of het motorvliegwiel van de tweede aandrijfcomponent in een wrijvingsarme behuizing roteerbaar zijn gemonteerd.

9. Hybride aandrijfsysteem volgens een van de conclusies 1-8, waarbij het aandrijfsysteem een tussen de (gemeenschappelijke) zonnewielas en de eerste aandrijfcomponent geschakelde overbrenging omvat.

10. Hybride aandrijfsysteem volgens een van de conclusies 1-9, waarbij de schakelbare koppelingen zijn uitgevoerd als droge of natte plaat- of lamellenkoppelingen.

11. Hybride aandrijfsysteem volgens conclusie 10, waarbij de lamellenkoppeling een hydraulisch schakelbare koppeling is.

12. Hybride aandrijfsysteem volgens een van de conclusies 1-12, waarbij tussen de as (11a) en het drijfwerk een slippend element (25) is geschakeld.

13. Hybride aandrijfsysteem volgens een van de conclusies 10 of 11, waarbij de koppeling als synchronisatiekoppeling is uitgevoerd.

14. Hybride aandrijfsysteem volgens een van de conclusies 1-13, waarbij de primaire as van de continu variabele transmissie hol is en de ene planeetoverbrenging tesamen met de continu variabele transmissie en de tweede aandrijfcomponent aan dezelfde zijde van het vliegwiel zijn bevestigd.

15. Hybride aandrijfsysteem volgens een van de conclusies 1-14,-waarbij het vliegwiel is voorzien van middelen voor het in afhankelijkheid van de momentele toepassing van het aandrijfsysteem begrenzen van de maximale waarde van de in het vliegwiel opgeslagen kinetisch energie.