WO2022236352A1 - Antriebsystem - Google Patents

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WO2022236352A1
WO2022236352A1 PCT/AT2022/060161 AT2022060161W WO2022236352A1 WO 2022236352 A1 WO2022236352 A1 WO 2022236352A1 AT 2022060161 W AT2022060161 W AT 2022060161W WO 2022236352 A1 WO2022236352 A1 WO 2022236352A1
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drive system
electric motors
propeller
shaft
torque transmission
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PCT/AT2022/060161
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Horst PESENDORFER
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Pesendorfer Horst
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    • B63H2023/025—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing by means of endless flexible members by means of chains

Definitions

  • the invention relates to a drive system, in particular for a boat, comprising two electric motors, each with a rotor shaft, a propeller, a propeller shaft, the propeller being arranged on the propeller shaft, and at least one torque transmission device, in particular two torque transmission devices , wherein each of the two rotor shafts of the two electric motors is connected to at least one, in particular to each, torque transmission device.
  • the invention also relates to a boat with a drive system.
  • Outboard drives are among the most common drive systems for pleasure boats.
  • An outboard drive is a complete propulsion unit, essentially consisting of housing, motor, power transmission, reduction gear and ship's propeller.
  • the outboard drive is attached to the transom of the boat and can be divided into structural assemblies such as the upper part, shaft and underwater part.
  • the engine is located in the upper part, the length of the shaft is boat-specific and carries the drive shaft.
  • the underwater part is often equipped with an angular gear and, after reduction via the propeller shaft, leads the ship's propeller.
  • the cooling is usually done by means of an impeller (pump), which transports the seawater from the underwater part to the upper part.
  • pump impeller
  • US 2018/079477 A1 describes a drive system for a boat, comprising: a motor; a link arm; a trim panel configured to be located on the boat; at least one propeller; and a belt to transmit torque from the engine to the at least one propeller, the belt forming two belt sections between the engine and the propeller.
  • the propulsion system further comprises: a first rotating assembly with the belt passing therethrough and configured to rotate steeply relative to the first fairing about a geometric axis directed upward such that the at least one propeller is so relative to the Boot is oriented to the latter too turn; and a second assembly configured to be translated relative to the first pivot assembly to retract the at least one propeller.
  • EP 3 590 821 A1 describes an outboard motor with a first propeller shaft and a second propeller shaft, the second propeller shaft being arranged concentrically with the first propeller shaft, and the first propeller shaft being connected to a first power transmission arrangement in order to connect the first propeller shaft in to rotate a first direction, and wherein the second propeller shaft is connected to a second power transmission arrangement to rotate the second propeller shaft in a second direction opposite to the first direction, the outboard motor having a first electric motor with a first motor shaft and a second electric motor having a second motor shaft, wherein the first motor shaft is connected to the first power transmission assembly, and wherein the second motor shaft is connected to the second power transmission assembly.
  • the present invention is based on the object of specifying an improved electric drive.
  • the object of the invention is to improve the usability of an electric drive for a boat.
  • the object of the invention is achieved in the drive system mentioned at the outset in that the at least one torque transmission device, in particular both torque transmission devices, is/are connected to the propeller shaft.
  • the object is also achieved by the boat mentioned at the outset, which has the drive system according to the invention.
  • the advantage here is that the power connection of the electric motors (both acting on a propeller shaft) not only improves the overall power available, but also increases the variability of the drive. It is thus possible to optimize speed/torque/motor efficiency and, depending on the load, to operate the propeller at the ideal speed. This in turn allows better energy utilization, which is particularly important for accumulators for a higher distance covered. In addition, a redundancy of the drive system can be achieved if two motors and two torque transmission systems are available. standing.
  • the advantage of dividing the power to be provided between two motors is that the available cooling surface is increased compared to a motor with the same total power, which means that the cooling itself can be made more efficient or at least structurally simpler.
  • the lower power requirement per motor has a supporting effect, which also offers further efficiency advantages and with which the continuous performance of the drive system can be improved.
  • the propulsion system therefore, on the one hand a high peak performance and on the other hand an improved continuous performance can be achieved compared to the electric propulsion systems for boats that are known at present.
  • more than one electric motor can be arranged on at least one of the two rotor shafts, in particular on both rotor shafts.
  • the electric motors are arranged horizontally.
  • this installation enables the overall height of the drive system to be reduced, which means that the ability to be integrated into a boat or a means of transport in general can be improved.
  • the horizontal installation position simplifies direct rotor shaft cooling in addition to the cooling channels around the stator.
  • the rotor shaft can be designed as a hollow shaft and the rotor can thus be cooled directly.
  • this can be used to cool the stator.
  • the electric motors are formed exclusively by asynchronous motors or a combination of at least one asynchronous motor and at least one synchronous motor. If only asynchronous motors are used, the use of permanent magnets and thus the use of rare earths can be dispensed with, which means that the production of the drive system is less susceptible to procurement problems of raw materials. This advantage outweighs the poorer part-load efficiency of an asynchronous motor compared to a synchronous motor.
  • the dual drive of two asynchronous motors also helps here, which can largely compensate for the poorer part-load efficiency through intelligent control of the two motors. For example, in the lower load range, only one of the two electric motors can be used to increase load per engine.
  • the combination of synchronous and asynchronous motors makes it possible to cover the lower part-load range with the synchronous motor, which also allows a better response to the lower part-load efficiency of the asynchronous motor.
  • a simple way of operating the drive system with only one of the at least two electric motors can be achieved, in particular if the drive system has two synchronous motors or exclusively synchronous motors if, according to one embodiment of the invention, one of the two rotor shafts is equipped with a switchable, in particular Freewheel device is connected or provided.
  • the drive system when used as a boat motor, in particular as an outboard motor, the drive system has an anti-cavitation plate which is arranged above the propeller. According to a further embodiment variant of the invention, it can be provided that the electric motors are arranged on the anti-cavitation plate. A construction that is essentially independent of the socket can thus be achieved. It is known that different shaft lengths are required for "outboards" due to different boat types. In most cases 15" and 20" for smaller boats, and 20", 25" and 30" for medium to larger boats. This dimension is called the transom height, which is measured from the anti-cavitation plate to the top of the boat's transom.
  • the handling characteristics of the boat deteriorate - the same applies to a non-optimal trim. Due to the design, which is essentially independent of the shaft length, the drive system can be used more easily, i.e. without major design changes, in a wide variety of boat types.
  • the at least one torque transmission device in particular both torque transmission devices, is/are arranged at least in sections in an underwater shaft which has two spaced, in particular fin-like, sections, wherein an opening is formed between the sections.
  • the underwater shaft is designed to be watertight, which makes it easier to protect components of the drive system from moisture.
  • At least one coolant channel or a coolant passage is arranged in at least one of the two sections, preferably in both sections, of the shaft. Flow-induced cooling without an impeller pump can thus be made possible by taking up cooling water from the water being traveled on while driving and supplying it to the components to be cooled, such as the electric motors or the electronic device, via the at least one coolant channel .
  • the drive system can be integrated into just one overall housing, in which an electronic device is also arranged in addition to the electric motors, ie a separate housing for the electric motors or the electronic device can be dispensed with.
  • an electronic device is also arranged in addition to the electric motors, ie a separate housing for the electric motors or the electronic device can be dispensed with.
  • these components can be protected against condensation.
  • the omission of further housings makes it possible for the electric motors to have a laminated core which is inserted directly into the housing.
  • overall housing is integrated and/or that the electronic device is arranged directly adjacent to the overall housing.
  • the cooling can be improved or structurally simplified, since heat-generating components are arranged directly adjacent to the outer wall of the drive system that comes into contact with water or is washed around by it, or an inner wall that is in direct thermally conductive contact with this outer wall can.
  • the overall weight of the drive system can also be reduced, which in turn is advantageous with regard to the range of a battery charge.
  • the anti-cavitation plate is part of the overall housing and that the electronic device is arranged directly on the anti-cavitation plate.
  • rotor shafts are designed as hollow shafts and can therefore be used as coolant channels, in particular to actively cool the rotor or rotors.
  • the torque transmission devices have a gear reduction.
  • one embodiment of the invention can also provide for one of the two electric motors with its rotor shaft to be replaced by an idler shaft, which means that the drive system can also be used for lower power classes without major conversion can be. If necessary, this can easily be retrofitted later by installing a second electric motor. The number of identical parts can thus be increased for more performance classes.
  • a counter-rotating gear is arranged between the propeller shaft and the two electric motors, with which a second propeller can be driven in the opposite direction to the propeller. So can with the drive system according to the invention, the advantages of counter-rotating propellers can also be achieved.
  • the cooling of the drive system can be simplified if, according to one embodiment of the invention, at least one coolant duct for pumpless, active stator cooling is arranged in the overall housing.
  • the object of the invention is also achieved with an overall housing that has at least one receptacle for directly accommodating at least one electric motor without a housing, in particular at least two electric motors without a housing, with at least one coolant duct or at least one coolant passage for pump-free, active cooling of the electric motor , In particular the stator of the electric motor is formed.
  • FIG. 1 shows a boat with a conventional outboard motor and a propulsion system according to the invention
  • FIG. 3 shows the drive system according to FIG. 2 in an exploded view
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through the drive system according to FIG. 2 in an oblique view
  • FIG. 6 shows a cross section through an embodiment variant of the drive system
  • FIG. 7 shows a cross section through a further embodiment variant of the drive system
  • FIG. 8 shows the representation of a coolant course of an embodiment variant of the drive system in a view from the front
  • FIG 9 shows the representation of a coolant course of an embodiment variant of the drive system in a side view.
  • a boat 1 is shown.
  • the boat 1 is equipped with a drive system 2 according to the invention.
  • a conventional drive 3 with a petrol engine is also shown for comparison. It should be pointed out, however, that its representation is only for comparison purposes. In the preferred embodiment variant, however, the boat 1 exclusively has the drive system 2 as a motor.
  • the boat 1 is in particular a motor boat, preferably a planing boat or semi-planing boat.
  • the propulsion system 2 can also be used in a displacement boat.
  • Another type of boat, such as a sailing boat, can also be equipped with the propulsion system 2 .
  • the drive system 2 can also be used in other areas, for example in a drive for a vehicle or a machine outside the water, for example a land vehicle or a construction machine.
  • the drive system 2 can also be used in an airplane or a zeppelin, etc.
  • the preferred application of the drive system 2 is as an outboard motor for a boat 1. Due to its compactness, however, the drive system 2 can also be installed relatively easily in a boat that is intended for an inboard motor instead of the Z drive.
  • FIG. 1 shows the difference in size between the conventional drive 3 and the drive system 2 according to the invention.
  • the drive system 2 is significantly smaller and more compact than the conventional drive 3. This makes it possible, for example, to install the drive system 2 below a bathing platform 4 indicated by dashed lines.
  • FIGS. 2 shows the drive system 2 in the assembled state and FIG. 3 shows an exploded view thereof, with screws, etc., not being shown in FIG. 3 to improve clarity.
  • the drive system 2 can therefore have more than the components shown in FIGS. 2 and 3 for understanding the invention.
  • the drive system 2 comprises two electric motors 5, each of which is arranged on a rotor shaft 6, a propeller 7 (also referred to as a ship's propeller), which is non-rotatably connected to a propeller shaft 8 (also referred to as a propeller axis, especially when two counter-rotating Propeller 7 are arranged) is connected, as well as two torque transmission devices 9, each of the two rotor shafts 6 of the two electric motors 5 being connected to at least one torque transmission device 9.
  • both rotor shafts 6 are connected to each of the two torque transmission devices 9 .
  • the arrangement of two torque transmission devices 9 is advantageous with regard to the redundancy of the system.
  • the at least two electric motors 5 can also be connected to the propeller shaft 8 with only a single torque transmission device 9 .
  • the following explanations regarding the torque transmission devices 9 can therefore be transferred to the embodiment of the drive system 2 with only one torque transmission device 9 in an appropriately adapted manner.
  • the at least two electric motors 5 can also only be connected to the propeller shaft 8 with a (toothed) belt as a torque transmission device 9 . It is possible that when only one torque transmission device 9 is arranged, it is designed wider (in the axial direction) than a torque transmission device 9 in an embodiment with two torque transmission devices 9, for example the width that the im Having two torque transmission devices 9 described below together.
  • the electric motors 5 each have a rotor 10 connected in a torque-proof manner to the respective rotor shaft 6 and a stator 11 surrounding the rotor, the stators 11 each having a laminated core with windings.
  • any suitable electric motor 5 can be used in the drive system 2 .
  • electric motors 5 are preferably used, which each have a continuous output of at least 40 kW, in particular at least 50 kW. It is further preferred if the electric motors 5 each have a laminated core with a maximum diameter of 200 mm, in particular a maximum of 170 mm, for example between 100 mm and 170 mm.
  • the length of the electric motors 5 can be between 250 mm and 400 mm, for example. In relation to the overall length, a higher continuous output of the drive system 2 can thus be achieved.
  • the winding of the stators 11 can be a conventional wire winding, for example.
  • a hairpin winding or an I-pin winding is used, with which a relatively high copper filling factor of the winding slots 12 of the laminated cores, which are open in the direction of the respective rotor 10, and thus a relatively high degree of efficiency can be achieved.
  • the winding slots 12 can, for example, have a rectangular, a trapezoidal, etc., cross section.
  • the electric motors 5 are squirrel-cage rotors (asynchronous machines), in particular in connection with hairpin or I-pin windings of the stators 11.
  • the electric motors 5 can be operated with alternating current at a maximum frequency of 1000 Hz, preferably a maximum of 500 Hz, in particular a maximum frequency of between 200 Hz and 600 Hz.
  • the electric motors 5 preferably have no permanent magnets, so that the drive system 2 can only have asynchronous motors.
  • the electric motors 5 are not arranged in a separate housing, but instead are integrated directly into an overall housing 13 of the drive system 2 according to an embodiment variant of the drive system 2 .
  • the overall housing 13, the outer re shell of the drive system 2 forms at least partially, can also have 5 receptacles 14 for the arrangement of the electric motors, which can in particular have a circular cross section.
  • These receptacles 14 are preferably formed in one piece with the overall housing 13 or a part of the overall housing 13, such as a receiving part 15 for the electric motors 5.
  • the overall housing 13 or the metallic components of the overall housing 13 are preferably cast parts. However, they can also be manufactured differently, for example by means of 3D printing.
  • the direct integration of the electric motors 5 (of the laminated core of the stators 12) into the overall housing 13 enables an improved thermal connection of the electric motors 5 to the overall housing 13 and thus improved cooling of the electric motors 5 by dissipating at least part of the heat generated during operation over the overall housing 13, which is at least partially in direct contact with the water in which the boat 1 is operated.
  • dispensing with an additional housing for the electric motors 5 makes it possible to reduce the weight and size of the drive system 2, which means that, among other things, the range of the electric drive can also be increased.
  • the electric motors 5 can be installed vertically. However, they are preferably installed horizontally, i.e. in a horizontal position, as can be seen in Fig. 3.
  • the electric motors 5, i.e. the rotor shafts 6, are preferably arranged with their longitudinal extension (in the axial direction) parallel to the propeller shaft 8 in the drive system 2, in order to reduce the overall height of the drive system 2 on the one hand and, on the other hand, to improve the transmission if necessary of the torque from the electric motors 5 to the propeller 7 or the propeller shaft 8.
  • Fig. 3 Although only two electric motors 5 are shown in Fig. 3, according to one embodiment variant of the drive system 2 it can be provided that more than one electric motor 5 is arranged on at least one of the two rotor shafts 6, in particular on both rotor shafts 6, as is shown in Fig. 5 is shown in outline. In this way, for example, two or more electric motors 5 can be arranged one behind the other (in series) in the axial direction on one or on both rotor shaft(s) 6 . It should be pointed out at this point that not only two electric motors 5 can be arranged parallel to one another, but also more than two, for example three or four, etc.
  • parallel is not necessarily to be understood geometrically here, but in particular in particular with regard to the increase in performance of the drive system 2.
  • the invention provides that both electric motors 5 (and thus also the torque transmission device 9 or, in the case of two torque transmission devices 9, these two too) with the same Propeller shaft 8, ie performance-enhancing, are connected.
  • more than two (“parallel") electric motors 5 more than two propeller shafts 8 and also more than two propellers 7 can be present, as long as the condition is met that at least two electric motors 5 in the sense of the invention can be used to increase performance with only one of the several propeller shafts 8 are connected.
  • at least two electric motors 5 can each be connected in a power-transmitting manner to one of the several propeller shafts.
  • the boat 1 or, in general, the vehicle can have more than one drive system 2 according to the invention, for example two or three, etc., with the multiple drive systems 2 also enabling an increase in performance for the boat 1 or the vehicle.
  • the drive system 2 has two propellers rotating in opposite directions, e. and a duoprop gear or a counter-rotating gear is arranged on the two counter-rotating, concentric propellers 7 .
  • the counter-rotating gear can also be designed, for example, by means of an angular gear with several bevel gears.
  • the torque transmission devices 9 can be designed as gear drives.
  • one gear wheel or two gear wheels can be arranged on the rotor shaft 6 and secured against rotation on the propeller shaft 8 .
  • Intermediate gears can also be arranged between these gears.
  • the gear mechanism of the drive system 2 can be designed as a planetary mechanism.
  • the torque transmission devices 9 are preferably designed as belt drives, for example with a chain or a belt, or they have them.
  • the torque transmission devices 9 toothed belts are particularly preferred men 16 or have them, as can be seen from FIG. 3 and better from FIG. 4, which shows a section through an embodiment variant of the drive system 2.
  • belt drives in particular the toothed belt drives, oil-free and maintenance-free torque transmission devices 9 can be provided, with which the operating costs of the drive system 2 can be reduced. In addition, wear and tear can thus be reduced.
  • anti-twist pulleys can be provided.
  • a belt wheel or two belt wheels can be provided on each of the rotor shafts 6 (with two belts, both of which are operatively connected to each rotor shaft 6) and a two-track belt wheel or two belt wheels can be provided on the propeller shaft 8.
  • the pulleys can be provided with a rim to prevent the belts from slipping off. It is also possible to form the pulleys in one piece with the shafts, for example as a cast or sintered component.
  • the propeller shaft 8 can accordingly also have only one pulley.
  • the belts can act directly on the rotor shafts 6 and/or the propeller shaft 8. If necessary, flanged wheels can also be provided, which are arranged on the shafts.
  • toothed belts 16 are used, provision can preferably be made for the surfaces of the rotor shafts 6 and/or the propeller shaft 8 to be provided with teeth in the area where the toothed belt 16/the toothed belts 16 rest, as is shown by the embodiment variant of Drive system 2 of FIG. 6 can be seen.
  • the two rotor shafts 6 have teeth 17 on the surface 18 and the propeller shaft 8 has teeth 19 on the surface 29 , the two toothed belts 16 engaging in the teeth 19 of the propeller shaft 8 .
  • the formation of the toothing 17 on the surface 18 of the rotor shaft 6 and/or a toothing on the propeller shaft 8 has the advantage that the drive system 2 has fewer components and thus has less weight.
  • the reduction it is easier to achieve a gear reduction, since a very small diameter of the toothed belt drive can be achieved on the rotor shaft 6, which consequently also allows a smaller diameter of the toothed belt drive on the propeller shaft 8 (applies to belt drives of the drive system in general).
  • the reduction it is possible to adapt the propeller speed of the drive system 2 more easily to propellers 7 that are different in terms of shape, geometry, size, etc.
  • the reduction can, for example, reduce an engine speed between 5000 rpm and 7000 rpm to a propeller speed between 3000 rpm and 5000 rpm.
  • this information is only to be understood as an example.
  • the toothing on the surfaces of the rotor shafts 6 and/or propeller shaft 8 can be formed by machining, for example by milling, but also by other methods, e.g. by pressing, etc.
  • a belt pulley 21 is provided in the embodiment variant according to FIG.
  • At least one additional gear ratio is also possible for at least one additional gear ratio to be provided via a countershaft gear, which is arranged between the electric motors 5 (and the propeller shaft 8), in order to also increase the variability of the drive system 2 with regard to high-speed concepts reach.
  • the torque transmission devices 9 are also arranged in the overall housing 13 or a part of the overall housing 13, in particular at least partially in an underwater shaft 22 (ie a shaft of the drive system 2 which is under water when installed on the boat 1).
  • the underwater shaft 22 can be connected on the one hand to a propeller shaft receiving part 23 and on the other hand to the receiving part 15 for the electric motors 5 of the overall housing 13 .
  • the overall housing 13 can also be designed in one piece.
  • the propeller shaft receiving part 23 can be formed with the underwater shaft 22 and/or with the receiving part 15 .
  • the underwater shaft 22 can be closed on all sides.
  • the drive system 2 is preferably formed by or has two spaced-apart, in particular fin-like, sections 24 , an opening 25 being formed between the sections 24 .
  • the flow behavior of the drive system 2 can be improved with this embodiment variant, since the water can flow through the opening 25 and the underwater shaft 22 thus forms a lower flow resistance (water displacement).
  • One of the sections 24 can be used for the downward movement of the traction means, i.e. in particular the toothed belt 16, in the direction of the propeller shaft 8, and the other section 24 for the upward movement of the traction means, i.e. in particular the toothed belt 16, in the direction of the respective rotor shaft 6 to be used towards.
  • the torque transmission devices 9 are designed as or with a traction device, they can have a tensioner integrated into the drive system 2, for example a chain tensioner or in particular a (toothed) belt tensioner 26, preferably back tension rollers.
  • the distance can also be adjusted to the diameter of the belt pulley 21 on the propeller shaft 8 with the tensioner. It is possible that the flanged wheels mentioned above are arranged exclusively on the tensioners.
  • the rotor shafts 6 and the propeller shaft 8 are mounted on bearings 27, such as plain bearings or preferably ball bearings.
  • a fin 28 can be arranged, which is connected to the propeller shaft receiving part 23 in order to improve the flow properties of the drive system 2.
  • the drive system 2 also has an electronic device 29 .
  • This electronic device 29 includes, in particular, electronic components for controlling and/or regulating the two electric motors 5.
  • the electronic device can have at least one converter (inverter for converting the direct voltage supplied by the energy store into an alternating voltage for supplying and regulating the electric motors 5) , Capacitors, transistors, IGBT's, etc. have.
  • the electronic device 29 is preferably also arranged in the overall housing 13, in particular in the receiving part 15 for the electric motors 5.
  • the electronic device 29 can be arranged between the two electric motors 5 and preferably directly adjacent to a wall of the overall housing, as can be seen in FIG 7, which shows a detail of a further embodiment variant of the drive system 2 from the front and in section.
  • the cooling of the electronic device 29 can be improved since the heat can be dissipated via the material of the entire housing 13 and the water wetting it, as has already been described for the electric motors 5 .
  • the electronic device 29 can be screwed to the overall housing and/or connected in a form-fitting manner, for example by pressing, and/or with a material connection, for example with a heat-conducting adhesive.
  • the drive system 2 has an anti-cavitation plate 30 (also referred to as an anti-ventilation plate).
  • the anti-cavitation plate 30 is arranged above the propeller 7 and at a distance from it.
  • the electronics device 29 can preferably be arranged directly on the anti-cavitation plate 30 .
  • the electric motors 5 can also be arranged on the anti-cavitation plate 30.
  • the electric motors 5 can be arranged in the area of the waterline W.
  • the waterline W is shown in Fig. 2 for planing (lower waterline Wu) and for displacement (upper waterline Wo).
  • the receiving part 15 for the electric motors 5 lies between these two water lines W and is delimited by them.
  • the receiving part 15 can also protrude beyond the waterline W for displacement travel.
  • Wu corresponds to the normalized transom height and thus the position at (“faster”) gliding.
  • the gliding behavior or the cooling behavior can be improved with a height adjustment device by setting the drive system 2 higher or lower relative to the boat 1 .
  • the height adjustment device can be integrated into the suspension for the drive system 2 arranged on the boat or be a separate component.
  • the height adjustment device can be formed by or comprise two elements whose height position can be adjusted relatively, such as plates. The two elements can be designed to be mutually adjustable, for example by means of a gear drive. Other adjustment drives can also be used.
  • the electronics device 29 includes power electronics or power electronics components, such as the IGBTs mentioned. With the help of the electronic device 29 or its control, an improvement in the performance characteristics of the drive system 2 in the partial load range of the electric motors 5 designed as asynchronous motors can be achieved. It is known that asynchronous motors always have poorer part-load efficiency than synchronous motors due to the nature of the system. With the electronic device 29, however, an efficiency of the drive system 2 of more than 90% can be achieved even when using two asynchronous motors. This is made possible on the one hand by the drive with more than one electric motor 5 , in that in the partial load range (lower load range) only one of the two or more electric motors 5 power is called up for torque transmission to the propeller 7 . Because only one of the two or more electric motors 5 is operated in the lower load range, it can be operated in the upper partial load range up to full load, i.e. with more power output per motor than when two electric motors 5 are operated at the same time.
  • a field-oriented regulation (vector regulation) is preferably used for the power regulation of the electric motors 5 with efficiency-optimizing master/slave operation of the two or more electric motors 5 .
  • At least one asynchronous motor is combined with at least one synchronous motor.
  • the regulation can take place in such a way that in the lower power range power is obtained only from the at least one synchronous motor, and that in the upper power range only the at least one asynchronous motor is operated or both the at least one asynchronous motor and the at least one synchronous motor are operated.
  • the converters (150 kVA per converter) preferably have a maximum width of 160 mm, in particular between 100 mm and 160 mm. This is made possible by the complete, housing-free integration of IGBTs or power-carrying components (the power electronics) in the overall housing 13 and by the passive component cooling mentioned.
  • cooling fins 31 can be arranged on the overall housing.
  • the cooling fin 31 shown in FIG. 2 also serves as a splash guard.
  • cooling ribs 31 can also be arranged at another point of the overall housing 13, in particular one that is in contact with water, for example on the underside of the overall housing 13.
  • An improvement in heat dissipation can also be achieved if the anti-cavitation plate 30 consists of a metal which at 20° C. has a thermal conductivity of at least 40 W/m.K, in particular at least 50 W/m.K.
  • the anti-cavitation plate 30 may be made (at least in part) of steel or aluminum or an aluminum alloy.
  • the anti-cavitation plate 30 has a thickness of between 10 mm and 50 mm.
  • At least one electric motor 5 or one of the rotor shafts 6 is provided with a freewheel device 32, as indicated by dashed lines in FIG. In this way, at least one of the electric motors 5 can be selectively removed from the power output to the propeller shaft 8 with simple means.
  • the freewheel device 32 is preferably a switchable freewheel device 32.
  • the arrangement of the (mentioned) heat-generating components of the drive system 2 on the anti-cavitation plate 30 is the preferred one, at least some of these components can also be arranged at other points in the overall housing 13, with sol- areas are preferred which are washed or wetted by water during operation of the drive system 2 in order to enable improved passive cooling for these versions as well. Passive cooling is also possible with air.
  • a water inlet opening 33 can be provided in the area of the propeller shaft 8, in particular at its front end, as can be seen from FIG.
  • FIGS. 8 and 9 show the design variants of the drive system 2 with active cooling.
  • the water entering at the water inlet opening 33 while driving can be conveyed via channels 34 in the direction of the receiving part 15 of the overall housing 13, in particular without a pump, preferably solely due to the applied pressure (dynamic pressure) at the water inlet opening 33.
  • the fluid/ Water can be passed on via further channels 35, which are formed, for example, in the walls of the receptacles 14 of the electric motors 5, along the electric motors 5, in order then to leave the overall housing 13 again, for example backwards via a water outlet opening 36 (see also FIG. 3). , and thus to remove absorbed heat from the propulsion system 2.
  • the underwater shaft 22 described ie the two sections 24 which are used to at least partially accommodate the torque transmission devices 9, are preferably designed to be watertight in order to simplify the housingless integration of electronic components or the electric motors in the drive system 2.
  • at least one membrane for example a PTFE membrane, or at least one pressure compensation device can be provided on/in the overall housing 13 in order to dissipate moisture from the interior of the overall housing 13 to the outside, but at the same time prevent water from entering the overall housing 13 at these points.
  • the rotor shafts 6 can be designed as hollow shafts for cooling, so that a cooling channel 37, possibly an additional one, can be formed within the rotor shafts 6, as is also shown in FIGS 9 is shown.
  • the water supply or the supply of coolant can also take place via the optionally additional water inlet openings 38 which are preferably arranged below the anti-cavitation plate 30 .
  • the coolant can exit via the water outlet opening 36 (or another water outlet opening).
  • the interior of the electric motors 5 and/or the area in which the electronic device 29 can be arranged can be sealed off with a cover plate 39 (see FIG. 3). Between this closing plate 39, into or through which the rotor shafts 6 can also protrude or through, and a closing cover 40, which has the water outlet opening 36, a volume for receiving the coolant from the cooling channel 37 to be provided.
  • a cladding profile 41 can also be arranged on the overall housing 13 at the front end of the drive system 2 in order to improve the flow behavior of the drive system 2 .
  • At least two electric motors 5 can be installed, but also two electronic devices 29, with which the circuits can also be configured redundantly.
  • Various precautions can be taken to improve the robustness of the electronic system, in particular the electronic device 29, such as spring contacts instead of solder contacts, in order to reduce the risk of breakage at connection points.
  • the drive system 2 can be divided into an upper part 42, a middle part 43 having the underwater shaft 22, and an underwater part 44.
  • the middle part 43 also protrudes into the water.
  • the underwater part 44 is defined by the propeller shaft 8 and the propeller 7 .
  • the receiving part 15 for the electric motors 5 belongs to the middle part 43.
  • the upper part 42 which can be flow-optimized, can have a receiving area 45 for the arrangement of a fastening device 46 shown in FIG.
  • the invention therefore relates in particular to a new concept for an outboard drive for a boat 1.
  • This concept preferably integrates the complete drive unit at the level of the anti-ventilation plate in the form of a buoyancy body in order to achieve direct cooling and a compact, modular and, above all, boat-independent construction .
  • Boat-independent construction essentially means boat types that are designed for inboard drives with a Z-gear, as well as all boat types for outboard drives. With the latter type of boat, you also get the advantage of easy adjustment to the different transom heights, since the drive unit is not integrated in the upper part.
  • the drive system 2 low center of gravity; more compact, lighter and essentially shaft length-independent construction; simpler or direct cooling system can be implemented;
  • the buoyancy body also assumes a function similar to that of hydrofoils, with which the boat 1 reaches planing mode more quickly and more easily;
  • the buoyancy body also serves as a protective body in the event of access from above;
  • the drive system 2 is integrated in the waterline W, which means that usable space for a bathing platform 4 can be achieved.
  • the propeller 7 can be designed as a traction propeller or pusher propeller.
  • the propulsion system 2 Compared to inboard systems with a Z-gear, the propulsion system 2 has the advantage of simpler assembly, less weight (omission of the entire Z-gear, integrated construction, etc.), an easily realizable vertical adjustment function of the drive, a lift function with inboard, less Running noises and vibrations in the boat 1, more storage space in the boat 1 or more space for accumulators, and a simpler or direct cooling system can be implemented.
  • the cooling of the drive system 2 can optionally be carried out entirely without pumps, ie in particular also without the usual impeller pumps, as a result of which the drive system 2 can have fewer wearing parts.
  • the system is very fail-safe.
  • the drive system 2 combines the classic advantages of an outboard motor, such as maneuverability (steered propeller 7) and ease of installation, which also takes over the trimming, and can combine these with various advantages of a Z-drive, such as the low center of gravity. Due to the omission of the upper part of commercially available outboard motors, additional usable space is created in the rear area.
  • the drive system 2 can also be used on boats 1 that are structurally designed for Z drives (inboard drive + Z gear).
  • boats 1 with inboard drive and Z-gear there is enough space in the hull to install the accumulators instead of the engine and the tank. This place is also particularly suitable in terms of weight distribution. Since the drive system 2 is outside compared to the Z-drive, the boat 1 generates less running noise or vibrations.
  • the overall system can also have a throttle lever to regulate the feed, a central control element/display element for the user, a higher-level control for the evaluation of the data generated and as a central interface to the components of the boat 1/the vehicle , And especially an energy store, such as preferably an accumulator include.
  • the energy store can be a high voltage storage.
  • the energy store can be designed to provide a direct voltage of 400 V.
  • another energy supply can also be integrated, for example a fuel cell or a methanol generator.
  • PV modules for the energy supply of controls and regulations can also be replaced.
  • the at least one torque transmission device 9 can also take over the power coupling of the electric motors 5 and the reduction function and structural configurations of the underwater part or underwater shaft 22 in order to improve the hydrodynamic properties and the wear properties.
  • the exemplary embodiments show or describe possible embodiment variants of the drive system 2, it being noted at this point that combinations of the individual embodiment variants with one another are also possible. Furthermore, individual features of the embodiment variants described or shown can represent an independent invention.
  • a drive system 2 in particular for a boat 1, comprising one, two or more than two electric motors 5 with, in particular each, a rotor shaft 6, further comprising at least one propeller 7, a propeller shaft 8, the propeller 7 on the propeller shaft 8 is arranged, and one or two torque

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebsystem (2) umfassend zwei Elektromotoren (5) mit jeweils einer Rotorwelle (6), einen Propeller (7), eine Propellerwelle (8), wobei der Propeller (7) auf der Propellerwelle (8) angeordnet ist, und zumindest eine Drehmoment- Übertragungsvorrichtung (9) wobei jede der beiden Rotorwellen (6) der beiden Elektromotoren (5) mit zumindest einer Drehmoment-Übertragungsvorrichtung (9) verbunden ist, wobei die zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (9) mit der einen Propellerwelle (8) verbunden ist.

Description

Titel: Antriebsystem
Die Erfindung betrifft ein Antriebsystem, insbesondere für ein Boot, umfassend zwei Elekt- romotoren mit jeweils einer Rotorwelle, einen Propeller, eine Propellerwelle, wobei der Pro- peller auf der Propellerwelle angeordnet ist, und zumindest eine Drehmoment- Übertragungsvorrichtung, insbesondere zwei Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen, wo- bei jede der beiden Rotorwellen der beiden Elektromotoren mit zumindest einer, insbesondere mit jeder, Drehmoment- Übertragungsvorrichtung verbunden ist.
Weiter betrifft die Erfindung ein Boot mit einem Antriebsystem.
Außenbordantriebe gehören zu häufig verbreiteten Antriebsystemen für Sportboote. Ein Au- ßenbordantrieb ist eine komplette Antriebseinheit, im Wesentlichen bestehend aus Gehäuse, Motor, Kraftübertragung, Untersetzungsgetriebe und Schiffspropeller. Der Außenbordantrieb wird in den meisten Fällen am Heckspiegel des Bootes angebracht und kann in konstruktive Baugruppen wie Oberteil, Schaft und Unterwasserteil gegliedert werden. Im Oberteil sitzt bei herkömmlichen Konzepten der Motor, der Schaft ist in der Länge bootsspezifisch und trägt die Antriebswelle. Der Unterwasserteil ist häufig mit einem Winkelgetriebe ausgestattet und führt nach Untersetzung über die Propellerwelle den Schiffspropeller an. Die Kühlung erfolgt meist mittels Impeller(pumpe), welche das Seewasser vom Unterwasserteil zum Oberteil be- fördert.
Neben Motoren die mit Benzin, Diesel oder Propangas betrieben werden, sind aus dem Stand der Technik auch bereits Elektroantriebe bekannt. Beispielsweise beschreibt die US 2018/079477 Al ein Antriebsystem für ein Boot, umfassend: einen Motor; einen Verbin- dungsarm; einen Verkleidungsteil, eingerichtet, um an dem Boot angeordnet zu sein; mindes- tens einen Propeller; und einen Riemen, um das Drehmoment des Motors auf den mindestens einen Propeller zu übertragen, wobei der Riemen zwei Riemenabschnitte zwischen dem Mo- tor und dem Propeller bildet. Das Antriebsystem umfasst weiter: eine erste Drehanordnung mit dem Riemen, welcher durch diese verläuft und eingerichtet ist, um relativ zu dem ersten Verkleidung steil um eine geometrische Achse zu drehen, welche nach oben gerichtet ist, so dass der mindestens einen Propeller so relativ zu dem Boot orientiert ist, um das Letztere zu drehen; und eine zweite Anordnung, welche eingerichtet ist, um relativ zu der ersten Drehan- ordnung verschoben zu werden, um den mindestens einen Propeller zurückzuziehen.
Die EP 3 590 821 Al beschreibt einen Außenbordmotor mit einer ersten Propellerwelle und einer zweiten Propellerwelle, wobei die zweite Propellerwelle konzentrisch zur ersten Propel- lerwelle angeordnet ist, und wobei die erste Propellerwelle mit einer ersten Kraftübertra- gungsanordnung verbunden ist, um die erste Propellerwelle in einer ersten Richtung zu dre- hen, und wobei die zweite Propellerwelle mit einer zweiten Kraftübertragungsanordnung ver- bunden ist, um die zweite Propellerwelle in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung zu drehen, wobei der Außenbordmotor einen ersten Elektromotor mit einer ersten Motorwelle und einen zweiten Elektromotor mit einer zweiten Motorwelle umfasst, wobei die erste Motorwelle mit der ersten Kraftübertragungsanordnung verbunden ist, und wobei die zweite Motorwelle mit der zweiten Kraftübertragungsanordnung verbunden ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen verbesserten Elektroantrieb anzugeben. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung, die Einsetzbarkeit eines Elektroan- triebes für ein Boot zu verbessern.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei dem eingangs genannten Antriebsystem dadurch gelöst, dass die zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung, insbesondere beide Dreh- moment-Übertragungsvorrichtungen, mit der Propellerwelle verbunden ist/sind.
Weiter wird die Aufgabe durch das eingangs genannte Boot gelöst, das das erfindungsgemäße Antriebsystem aufweist.
Von Vorteil ist dabei, dass durch die Leistungsverbindung der Elektromotoren (beide wirken auf eine Propellerwelle) nicht nur die zur Verfügung stehende Gesamtleistung an sich verbes- sert werden kann, sondern kann damit auch eine höhere Variabilität des Antriebs erreicht werden. Es ist damit möglich Drehzahl/Drehmoment/Motorwirkungsgrad zu optimieren und je nach Auslastung den Propeller mit idealer Drehzahl zu betreiben. Dies wiederum erlaubt eine bessere Energieausnutzung, die gerade bei Akkumulatoren für eine höhere Streckenleis- tung von Bedeutung ist. Daneben kann damit auch eine Redundanz des Antriebsystems er- reicht werden, wenn zwei Motoren und zwei Drehmoment-Übertragungssysteme zur Verfü- gung stehen. Von Vorteil ist bei der Aufteilung der bereitzustellenden Leistung auf zwei Mo- toren, dass damit die zur Verfügung stehende Kühloberfläche vergrößert wird, verglichen mit einem Motor gleicher Gesamtleistung, womit die Kühlung an sich effizienter oder zumindest konstruktiv einfacher gestaltet werden kann. Unterstützend wirkt dabei der geringere Leis- tungsbedarf je Motor, der zudem weitere Effizienzvorteile bietet bzw. womit die Dauerleis- tung des Antriebsystems verbessert werden kann. Es kann also mit dem Antriebsystem einer- seits eine hohe Spitzenleistung und andererseits auch eine verbesserte Dauerleistung, vergli- chen mit derzeit bekannten Elektroantriebsystemen für Boote, erreicht werden.
Zur weiteren Verbesserung dieser Effekte kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass auf zumindest einer der beiden Rotorwellen, insbesondere auf beiden Rotorwellen, mehr als ein Elektromotor angeordnet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektromotoren waagrecht (horizontal) angeordnet sind. Einerseits ermöglicht dieser Einbau eine Reduktion der Bauhöhe des Antriebsystems, womit die Integrierbarkeit in ein Boot bzw. generell ein Fortbewegungsmittel verbessert werden kann. Andererseits vereinfacht die horix zontale Einbaulage neben den Kühlkanälen um den Stator auch eine direkte Rotorwellenküh- lung. Im Falle eines Innenläufers kann somit im Bedarfsfall die Rotorwelle als Hohlwelle ausgeführt und somit der Rotor direkt gekühlt werden. Im Falle eines Außenläufers kann da- mit der Stator gekühlt werden.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektromotoren ausschließlich durch Asynchronmotoren oder eine Kombination aus zu- mindest einem Asynchronmotor und zumindest einem Synchronmotor gebildet sind. Bei ei- nem ausschließlichen Einsatz von Asynchronmotoren kann auf den Einsatz von Permanent- magneten und damit auf den Einsatz von Seltenen Erden verzichtet werden, womit die Her- stellung des Antriebsystems weniger anfällig auf Beschaffungsprobleme von Rohstoffen ist. Dieser Vorteil überwiegt dabei den schlechteren Teillastwirkungsgrad eines Asynchronmotors im Vergleich zu einem Synchronmotor. Hierbei hilft auch der Dualantrieb von zwei Asyn- chronmotoren, die durch eine intelligente Regelung der beiden Motoren den schlechteren Teillastwirkungsgrad zum Großteil kompensieren können. Beispielsweise kann dabei im unte- ren Lastbereich mit nur mit einem der beiden Elektromotoren gefahren werden, um die Teil- last je Motor zu erhöhen. Andererseits ist es durch die Kombination von Synchron- und Asynchronmotor möglich, den unteren Teillastbereich durch den Synchronmotor abzudecken, womit ebenfalls besser auf den geringeren Teillastwirkungsgrad des Asynchronmotors rea- giert werden kann.
Eine einfache Möglichkeit zum Betrieb des Antriebsystems mit nur einem der zumindest zwei Elektromotoren kann erreicht werden, insbesondere wenn das Antriebsystem zwei Synchron- motoren bzw. ausschließlich Synchronmotoren aufweist, wenn nach einer Ausführungsvarian- te der Erfindung eine der beiden Rotorwellen mit einer, insbesondere schaltbaren, Freilaufein- richtung verbunden bzw. versehen ist.
Wie an sich bekannt, weist das Antriebsystem im Einsatz als Bootsmotor, insbesondere als Außenbordmotor, eine Anti-Kavitationsplatte auf, die oberhalb des Propellers angeordnet ist. Dabei kann nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass die Elektromotoren an der Anti-Kavitationsplatte angeordnet sind. Es kann damit eine im We- sentlichen schaftunabhängige Konstruktion erreicht werden. Es ist bekannt, dass aufgrund verschiedener Bootstypen bei „Außenbordern“ verschiedene Schaftlängen benötigt werden. In den meisten Fällen 15“ und 20“ bei kleineren Booten, sowie 20“, 25“ und 30“ bei mittleren bis größeren Booten. Dieses Maß wird als Transomhöhe bezeichnet, wobei von der Anti- Kavitationsplatte bis zur Oberkante des Bootsspiegels gemessen wird. Bei nicht passender Schaftlänge verschlechtern sich die Fahreigenschaften des Bootes - selbiges gilt für eine nicht optimale Trimmung. Durch die im wesentlichen schaftlängenunabhängige Konstruktion kann das Antriebsystem einfacher, d.h. ohne wesentliche konstruktive Änderungen, in unterschied- lichsten Bootstypen eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektromotoren auf Höhe der Wasserlinie (insbesondere bei einer sogenannten Gleitfahrt) angeordnet sind. Es ist damit möglich die komplette Antriebseinheit in Form eines Auftriebs- körpers auszubilden, womit eine verbesserte, direkte Kühlung der Elektromotoren und der Elektronikeinrichtung mit der Leistungselektronik erreichbar ist. Zudem wird damit eine kompakte, modulare und vor allem bootsunabhängige Konstruktion des Antriebsystems un- terstützt, da die Antriebseinheit nicht in einem oberhalb der Wasserlinie angeordneten Ober- teil des Antriebsystems integriert ist und somit die Anpassung auf die verschiedenen Transomhöhen einfacher ist.
Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung, insbesondere beide Drehmoment- Übertragungseinrichtungen, zumindest abschnittsweise in einem Unterwasserschaft angeord- net ist/sind, der zwei voneinander distanzierte, insbesondere finnenartige, Abschnitte auf- weist, wobei zwischen den Abschnitten ein Durchbruch ausgebildet ist. Mit dieser Ausbil- dung können die hydrodynamischen bzw. generell die strömungstechnischen Eigenschaften des Antriebsystems verbessert werden, womit die Energieausnutzung verbessert und damit die Reichweite des Antriebsystems verbessert werden kann.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Un- terwasserschaft wasserdicht ausgebildet ist, womit der Feuchtigkeitsschutz von Komponenten des Antriebsystems vereinfacht werden kann.
Um jedoch die Kühlung des Antriebsystems einfacher gestalten zu können, kann nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen werden, dass in zumindest einem der beiden Abschnitte, vorzugsweise in beiden Abschnitten, des Schafts zumindest ein Kühlmit- telkanal oder eine Kühlmittel-Durchführung angeordnet ist. Es kann damit eine strömungsin- duzierte Kühlung ohne Impellerpumpe ermöglicht werden, indem währen der Fahrt Kühlwas- ser aus dem befahrenen Gewässer aufgenommen und über den zumindest einen Kühlmittelka- nal den zu kühlenden Komponenten, wie z.B. den Elektromotoren oder der Elektronikeinrich- tung, zugeführt wird.
Von Vorteil ist dabei auch, dass damit das Antriebsystem in nur ein Gesamtgehäuse integriert werden kann, in dem neben den Elektromotoren auch eine Elektronikeinrichtung angeordnet sind, also auf gesonderte Einhausung der Elektromotoren bzw. der Elektronikeinrichtung ver- zichtet werden kann. Selbstverständlich kann aber ein Kondenswasserschutz dieser Kompo- nenten zur Verfügung gestellt werden.
Der Verzicht auf weitere Einhausungen ermöglicht nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung, dass die Elektromotoren ein Blechpaket aufweisen, das unmittelbar in das Ge- samtgehäuse integriert ist und/oder dass die Elektronikeinrichtung unmittelbar an dem Ge- samtgehäuse anliegend angeordnet ist. Mit dieser Ausbildung kann die Kühlung verbessert bzw. konstruktiv vereinfacht werden, da wärmeerzeugende Komponenten direkt anliegend an der Außenwand des Antriebsystems, die in Kontakt mit Wasser gelangt oder davon umspült wird, oder einer mit dieser Außenwand in direktem wärmeleitendem Kontakt stehenden In- nenwand angeordnet werden kann. Zudem kann damit auch das Gesamtgewicht des An- triebsystems reduziert werden, was wiederum in Hinblick auf die Reichweite einer Akkula- dung von Vorteil ist.
Es kann dabei zur Verbesserung dieser Effekte nach einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die Anti-Kavitationsplatte Teil des Gesamtgehäuses ist, und dass die Elektronikein- richtung unmittelbar an der Anti-Kavitationsplatte angeordnet ist.
Eine Verbesserung der Kühlung des Antriebsystems kann nach einer weiteren Ausführungs- variante auch erreicht werden, wenn die Rotorwellen als Hohlwellen ausgebildet sind und damit als Kühlmittelkanäle genutzt werden können, insbesondere um den Rotor bzw. die Ro- toren aktiv zu kühlen.
Entsprechend einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann zur Verbesserung der Leistungsmerkmale des Antriebsystems vorgesehen sein, dass die Drehmoment- Übertragungsvorrichtungen eine Untersetzung aufweisen.
Alternativ zu dem Antriebsystem mit den zumindest zwei Elektromotoren kann nach einer Ausführungsvariante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass einer der beiden Elektromoto- ren mit seiner Rotorwelle durch eine leer mitlaufende Welle ersetzt ist, womit das Antriebsys- tem ohne großen Umbau auch für niedriger Leistungsklassen eingesetzt werden kann. Bei Bedarf kann dieses später durch den Einbau eines zweiten Elektromotors einfach nachgerüstet werden. Die Anzahl der Gleichteile kann damit für mehr Leistungsklassen erhöht werden.
Es kann nach einer weiteren Ausführungsvariante auch vorgesehen sein, dass zwischen der Propellerwelle und den beiden Elektromotoren ein Gegenlaufgetriebe angeordnet ist, mit dem ein zweiter Propeller gegenläufig zum Propeller angetrieben werden kann. Somit können mit dem Antriebsystem nach der Erfindung auch der Vorteile von gegenläufigen Propellern er- reicht werden.
Die Kühlung des Antriebsystems kann vereinfacht werden, wenn nach einer Ausführungsva- riante der Erfindung im Gesamtgehäuse zumindest ein Kühlmittelkanal zur pumpenlosen, aktiven Statorkühlung angeordnet ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch mit einem Gesamtgehäuse gelöst, das mit zumindest einer Aufnahme zur direkten Aufnahme von zumindest einem gehäuselosen Elektromotor, insbesondere zumindest zwei gehäuselosen Elektromotoren, mit zumindest einem Kühlmit- telkanal oder zumindest einer Kühlmittel-Durchführung zur pumpenlosen, aktiven Kühlung des Elektromotors, insbesondere des Stators des Elektromotors ausgebildet ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert.
Es zeigt jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 Ein Boot mit einem herkömmlichen Außenbordmotor und einem Antriebsystem nach der Erfindung;
Fig. 2 Das Antriebsystem nach der Erfindung in Schrägansicht;
Fig. 3 Das Antriebsystem nach Fig. 2 in Explosionsdarstellung;
Fig. 4 Einen Längsschnitt durch das Antriebsystem nach Fig. 2 in Schrägansicht;
Fig. 5 Einen Ausschnitt aus einer Ausführungsvariante des Antriebsystems;
Fig. 6 Einen Querschnitt durch eine Ausführungsvariante des Antriebsystems;
Fig. 7 Einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsvariante des Antriebsystems;
Fig. 8 Die Darstellung eines Kühlmittelverlaufs einer Ausführungsvariante des Antriebsys- tems in Ansicht von vome;
Fig. 9 Die Darstellung eines Kühlmittelverlaufs einer Ausführungsvariante des Antriebsys- tems in Seitenansicht.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer- den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei- che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer- den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un- ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
In Fig. 1 ist ein Boot 1 dargestellt. Das Boot 1 ist mit einem erfindungsgemäßen Antriebsys- tem 2 ausgestattet. Zum Vergleich ist auch ein herkömmlicher Antrieb 3 mit Benzinmotor dargestellt. Es sei jedoch daraufhingewiesen, dass dessen Darstellung nur dem Vergleich dient. In der bevorzugten Ausführungsvariante weist das Boot 1 als Motorisierung allerdings ausschließlich das Antriebsystem 2 auf.
Es sei weiter darauf hingewiesen, dass im Rahmen dieser Beschreibung die Begriffe „Boot“ und „Schiff“ synonym verwendet werden.
Das Boot 1 ist insbesondere ein Motorboot, vorzugsweise ein Gleitboot oder Halbgleitboot. Das Antriebsystem 2 kann jedoch auch in einem Verdrängerboot eingesetzt werden. Weiter kann auch ein anderer Bootstyp, wie beispielsweise ein Segelboot, mit dem Antriebsystem 2 ausgestattet werden. Zudem kann das Antriebsystem 2 auch in anderen Bereichen Anwen- dung finden, wie beispielsweise in einem Antrieb für ein Fahrzeug oder eine Maschine außer- halb des Wassers, beispielsweise ein Landfahrzeug oder eine Baumaschine. Ebenso kann das Antriebsystem 2 in einem Flugzeug oder einen Zeppelin, etc., eingesetzt werden.
Die bevorzugte Anwendung des Antriebsystems 2 ist jedoch als Außenbordmotor für ein Boot 1. Aufgrund der Kompaktheit kann das Antriebsystem 2 jedoch relativ einfach auch in einem Boot, das für einen Innenbordmotor vorgesehen ist, anstelle des Z- Antriebs verbaut werden.
Aus Fig. 1 ist deutlich der Größenunterschied zwischen dem herkömmlichen Antrieb 3 und dem Antriebsystem 2 nach der Erfindung erkennbar, obwohl beide eine vergleichbare „Leis- tungsklasse“ bzw. „Leistungscharakteristik“ aufweisen. Das Antriebsystem 2 ist deutlich kleiner und kompakter als der herkömmliche Antrieb 3. Dies ermöglicht beispielsweise einen Einbau des Antriebsystems 2 unterhalb einer strichliert angedeuteten Badeplattform 4. Eine Ausführungsvariante des Antriebsystem 2 ist aus den Fig. 2 und 3 besser ersichtlich. Fig. 2 zeigt dabei das Antriebsystem 2 im zusammengebauten Zustand und Fig. 3 eine Explosi- onsdarstellung davon, wobei in Fig. 3 auf die Darstellung von Schrauben, etc., zur Verbesse- rung der Übersichtlichkeit verzichtet wurde. Das Antriebsystem 2 kann also mehr als die in den Fig. 2 und 3 für das Verständnis der Erfindung dargestellten Bestandteile aufweisen.
Das Antriebsystem 2 nach den Fig. 2 und 3 umfasst zwei Elektromotoren 5, die jeweils auf einer Rotorwelle 6 angeordnet sind, einen Propeller 7 (auch als Schiffschraube bezeichenbar), der drehfest mit einer Propellerwelle 8 (auch als Propellerachse bezeichenbar, insbesondere wenn zwei gegenläufige Propeller 7 angeordnet werden) verbunden ist, sowie zwei Drehmo- ment-Übertragungsvorrichtungen 9, wobei jede der beiden Rotorwellen 6 der beiden Elektro- motoren 5 mit zumindest einer Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 verbunden ist. In der bevorzugten Ausführungsvariante sind beide Rotorwellen 6 mit jeder der beiden Drehmo- ment-Übertragungsvorrichtung 9 verbunden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Anordnung von zwei Drehmoment- Übertragungsvorrichtungen 9 in Hinblick auf die Redundanz des Systems von Vorteil ist. Die zumindest zwei Elektromotoren 5 können aber auch mit nur einer einzigen Drehmoment- Übertragungsvorrichtung 9 mit der Propellerwelle 8 verbunden sein. Die folgenden Ausfüh- rungen zu den Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 sind daher entsprechend adaptiert auf die Ausführung des Antriebsystems 2 mit nur einer Drehmoment- Übertragungsvorrichtung 9 übertragbar. Beispielsweise können die zumindest zwei Elektro- motoren 5 auch nur mit einem (Zahn)Riemen als Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 mit der Propellerwelle 8 verbunden sein. Es ist dabei möglich, dass bei Anordnung von nur einer Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 diese breiter (in axialer Richtung) ausgeführt ist als eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 bei einer Ausführung mit zwei Drehmo- ment-Übertragungsvorrichtungen 9, beispielsweise die Breite aufweist, die die im Folgenden beschriebenen zwei Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 zusammen aufweisen.
Die Elektromotoren 5 weisen jeweils einen mit der jeweiligen Rotorwelle 6 drehfest verbun- denen Rotor 10 und einen den Rotor umgebenden Stator 11 auf, wobei die Statoren 11 je ein Blechpaket mit Wicklungen aufweisen. Ein derartiger Aufbau von Elektromotoren 5 an sich ist bekannt. Prinzipiell kann jeder geeignete Elektromotor 5 in dem Antriebsystem 2 eingesetzt werden. Bevorzugt werden jedoch Elektromotor 5 eingesetzt, die eine Dauerleistung von je zumindest 40 kW, insbesondere zumindest 50 kW, aufweisen. Es ist weiter bevorzugt, wenn die Elekt- romotoren 5 jeweils ein Blechpaket mit einem Durchmesser von maximal 200 mm, insbeson- dere maximal 170 mm, beispielsweise zwischen 100 mm und 170 mm, aufweisen. Die Länge der Elektromotoren 5 kann beispielsweise zwischen 250 mm und 400 mm betragen. Es kann damit, bezogen auf die Baulänge, eine höhere Dauerleistung des Antriebsystems 2 erreicht werden.
Die Wicklung der Statoren 11 kann beispielsweise ein herkömmliche Drahtwicklung sein. Vorzugsweise wird jedoch eine Hairpin Wicklung oder eine I-Pin Wicklung eingesetzt, womit ein relativ hoher Kupferfüllfaktor der in Richtung auf den jeweiligen Rotor 10 offenen Wick- lungsnuten 12 der Blechpakete und damit ein relativ hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann.
Die Wicklungsnuten 12 können beispielswiese einen rechteckigen, einen trapezförmigen, etc., Querschnitt haben.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die Elektromotoren 5 Kurzschlusskäfigläufer (Asynchronmaschine), insbesondere in Verbindung mit Hairpin oder I-Pin Wicklungen der Statoren 11.
Zur Reduktion von sogenannten Skin Effekten kann vorgesehen werden, dass die Elektromo- toren 5 mit Wechselstrom mit einer maximalen Frequenz von 1000 Hz, vorzugsweise maxi- mal 500 Hz, insbesondere einer maximalen Frequenz zwischen 200 Hz und 600 Hz, betrieben werden.
Bevorzugt weisen die Elektromotoren 5 keine Permanentmagneten auf, sodass also das An- triebsystem 2 ausschließlich Asynchronmotoren aufweisen kann.
Es ist weiter bevorzugt, wenn die Elektromotoren 5 nicht in einem gesonderten Gehäuse an- geordnet sind, sondern gemäß einer Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 direkt in ein Gesamtgehäuse 13 des Antriebsystems 2 integriert sind. Das Gesamtgehäuse 13, das die äuße- re Hülle des Antriebsystems 2 zumindest teilweise bildet, kann dazu für die Anordnung der Elektromotoren 5 Aufnahmen 14 aufweisen, die insbesondere einen kreisrunden Querschnitt aufweisen können. Diese Aufnahmen 14 sind bevorzugt einstückig mit dem Gesamtgehäuse 13 bzw. einem Teil des Gesamtgehäuses 13, wie z.B. einem Aufnahmeteil 15 für die Elekt- romotoren 5, ausgebildet. Das Gesamtgehäuse 13 bzw. die metallischen Bestandteile des Ge- samtgehäuses 13 sind bevorzugt Gussteile. Sie können aber auch anders gefertigt sein, bei- spielsweise mittels 3D-Druck.
Die direkte Integration der Elektromotoren 5 (des Blechpakets der Statoren 12) in das Ge- samtgehäuse 13 ermöglicht eine verbesserte thermische Anbindung der Elektromotoren 5 an das Gesamtgehäuse 13 und damit eine verbesserte Kühlung der Elektromotoren 5 über die Ableitung zumindest eines Teils der im Betrieb entstehenden Wärme über das Gesamtgehäuse 13, das zumindest teilweise in unmittelbarem Kontakt mit dem Wasser steht, in dem das Boot 1 betrieben wird. Darüber hinaus ermöglicht der Verzicht auf eine zusätzliche Einhausung der Elektromotoren 5 eine Reduktion des Gewichts und der Baugröße des Antriebsystems 2, wo- mit u.a. auch die Reichweite des Elektroantriebs erhöht werden kann.
Die Elektromotoren 5 können vertikal eingebaut werden. Bevorzugt werden Sie aber waag- recht, d.h. in horizontaler Lage, eingebaut, wie dies aus Fig. 3 ersichtlich ist. Die Elektromo- toren 5, d.h. die Rotorwellen 6, werden mit ihrer Längserstreckung (in Axialrichtung) bevor- zugt parallel zur Propellerwelle 8 im Antriebsystem 2 angeordnet, um damit einerseits die Bauhöhe des Antriebsystem 2 zu reduzieren, und um andererseits gegebenenfalls die Übertra- gung des Drehmoments von den Elektromotoren 5 auf den Propeller 7 bzw. die Propellerwel- le 8 zu vereinfachen.
Obwohl in Fig. 3 nur zwei Elektromotoren 5 dargestellt sind, kann nach einer Ausführungsva- riante des Antriebsystems 2 vorgesehen sein, dass auf zumindest einer der beiden Rotorwellen 6, insbesondere auf beiden Rotorwellen 6, mehr als ein Elektromotor 5 angeordnet ist, wie dies in Fig. 5 andeutungsweise dargestellt ist. Beispielsweise können auf diese Weise zwei oder mehr Elektromotoren 5 in der Axialrichtung hintereinander (in Serie) auf einer oder auf beiden Rotorelle(n) 6 angeordnet sein. Es sei an dieser Stelle daraufhingewiesen, dass nicht nur zwei Elektromotoren 5 parallel zu- einander angeordnet sein können, sondern auch mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier, etc. Der Begriff „parallel“ ist hierbei nicht zwingend geometrisch zu verstehen, sondern ins- besondere in Hinblick auf die Leistungssteigerung des Antriebsystems 2. Im Rahmen der Er- findung ist nämlich vorgesehen, dass beide Elektromotoren 5 (und damit auch die Drehmo- ment-Übertragungsvorrichtung 9 bzw. bei zwei Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 auch diese beiden) mit der gleichen Propellerwelle 8, also leistungssteigemd, verbunden sind. Bei mehr als zwei („parallelen“) Elektromotoren 5 können auch mehr als zwei Propellerwel- len 8 und auch mehr als zwei Propeller 7 vorhanden sein, solange die Bedingung erfüllt ist, dass zumindest zwei Elektromotoren 5 im Sinne der Erfindung leistungssteigemd mit nur einer der mehreren Propellerwellen 8 verbunden sind. Es können beispielsweise jeweils zu- mindest zwei Elektromotoren 5 mit jeweils einer der mehreren Propellerwellen leistungsüber- tragend verbunden sein. Es ist aber auch möglich, dass das Boot 1 oder generell das Fahrzeug mehr als ein erfindungsgemäßes Antriebsystem 2 aufweist, beispielsweise zwei oder drei, etc., wobei die mehreren Antriebsysteme 2 ebenfalls eine Leistungssteigerung für das Boot 1 oder das Fahrzeug ermöglichen. Weiter besteht die Möglichkeit, dass das Antriebsystem 2 zwei gegenläufige Propeller aufweist, z.B. nach dem bekannten Duoprop-Prinzip, wobei in diesem Fall zwischen der Propellerwelle 8 (die in diesem Fall besser als Antriebswelle bezeichnet wird), auf die die beiden Elektromotoren 5 wirken, und den beiden gegenläufigen, konzentri- schen Propellern 7 ein Duoprop-Getriebe bzw. ein Gegenlaufgetriebe angeordnet ist. Das Ge- genlaufgetriebe kann z.B. auch mittels eines Winkelgetriebes mit mehreren Kegelrädern aus- geführt sein.
Die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 können als Zahnradgetriebe ausgeführt sein. Dazu kann auf den Rotorwellen 6 jeweils einem Zahnrad und auf der Propellerwelle 8 ein Zahnrad oder zwei Zahnräder verdrehgesichert angeordnet sein. Zwischen diesen Zahnrädern können noch Zwischenzahnräder angeordnet werden. Beispielsweise kann das Zahnradgetrie- be des Antriebsystems 2 als Planetengetriebe ausgeführt sein.
Vorzugsweise sind die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 allerdings als Umschlin- gungstriebe ausgeführt, beispielsweise mit einer Kette oder einem Riemen, bzw. weisen sie diese auf. Besonders bevorzugt sind die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 Zahnrie- men 16 bzw. weisen diese auf, wie dies aus Fig. 3 und besser aus Fig. 4, die einen Schnitt durch einen Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 zeigt, zu ersehen ist.
Mit den Riementrieben, insbesondere den Zahnriementrieben, können öl- und wartungsfreie Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 bereitgestellt werden, womit die Betriebskosten des Antriebsystems 2 reduziert werden können. Zudem kann damit der Verschleiß reduziert werden.
Für die Führung der Riemen können entsprechend verdrehgesicherte Riemenräder vorgesehen werden. Dabei kann auf jeder der Rotorwellen 6 ein Riemenrad oder können zwei Riemenrä- der (bei zwei Riemen die beide mit jeder Rotorwelle 6 wirkungsverbunden sind) und auf der Propellerwelle 8 ein zweispuriges Riemenrad oder zwei Riemenräder vorgesehen werden. Die Riemenräder können gegebenenfalls mit einem Bord versehen werden, um das herabrutschen der Riemen zu vermeiden. Es ist auch möglich, die Riemenräder einstückig mit den Wellen auszubilden, beispielsweise als Guss- oder Sinterbauteil.
Es sei noch einmal daraufhingewiesen, dass auch nur eine Drehmoment- Übertragungsvorrichtung 9 angeordnet sein kann. In diesem Fall kann die Propellerwelle 8 dementsprechend auch nur ein Riemenrad aufweisen.
Es ist auch möglich, dass die Riemen direkt auf die Rotorwellen 6 und/oder die Propellerwel- le 8 wirken. Gegebenenfalls können dabei ebenfalls Bordscheiben vorgesehen sein, die auf den Wellen angeordnet sein.
Für den Fall, dass Zahnriemen 16 verwendet werden, kann bevorzugt vorgesehen sein, dass die Oberflächen der Rotorwellen 6 und/oder der Propellerwelle 8 im Bereich der Anlage des Zahnriemens 16/der Zahnriemen 16 mit einer Verzahnung versehen sind, wie dies anhand der Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 nach Fig. 6 zu ersehen ist. Bei dieser Ausfüh- rungsvariante weisen die beiden Rotorwellen 6 eine Verzahnung 17 auf der Oberfläche 18 und die Propellerwelle 8 eine Verzahnung 19 auf der Oberfläche 29 auf, wobei beiden Zahn- riemen 16 in die Verzahnung 19 der Propellerwelle 8 eingreifen. Einerseits hat die Ausbil- dung der Verzahnung 17 auf den Oberfläche 18 der Rotorwellen 6 und oder einer Verzahnung auf der Propellerwelle 8 den Vorteil, dass das Antriebsystem 2 weniger Bauteile und damit weniger Gewicht aufweist. Andererseits ist damit eine Untersetzung einfacher realisierbar, da damit auf den Rotorwellen 6 ein sehr kleiner Durchmesser der Zahnriementriebe erreicht werden kann, der folglich auch einen kleineren Durchmesser des Zahnriementriebes auf der Propellerwelle 8 ermöglicht (gilt für Riementriebe des Antriebsystems generell). Mit der Un- tersetzung ist es möglich, die Propellerdrehzahl des Antriebsystems 2 einfacher an hinsicht- lich Form, Geometrie, Größe, etc. unterschiedliche Propeller 7 anzupassen. Die Untersetzung kann beispielsweise eine Motordrehzahl zwischen 5000 U/min bis 7000 U/min auf ein Propel- lerdrehzahl zwischen 3000 U/min bis 5000 U/min reduzieren. Diese Angaben sind aber nur beispielhaft zu verstehen.
Die Ausbildung der Verzahnung auf den Oberflächen der Rotorwellen 6 und/oder Propeller- welle 8 kann spanend, beispielsweise durch Fräsen, aber auch durch andere Verfahren, z.B. durch Pressen, etc., erfolgen.
Um hinsichtlich der Untersetzung mehr Variabilität zu haben, ist bei den Ausführungsvariante nach Fig. 3 eine Riemenscheibe 21 vorgesehen, die drehfest mit der Propellerwelle 8 verbun- den ist, und die vorzugsweise anstelle der Propellerwelle 8 die Verzahnung 19 aufweist.
Durch den Einsatz einer Riemenscheibe 21 können unterschiedliche Durchmesser an der Pro- pellerwelle 8 bereitgestellt werden.
Es ist aber auch möglich, dass zumindest eine zusätzliche Übersetzungsstufe über ein Vorge- legegetriebe, das zwischen den Elektromotoren 5 (und der Propellerwelle 8) angeordnet wird, vorgesehen wird, um damit ebenfalls eine größere Variabilität des Antriebsystems 2 hinsicht- lich Hochdrehzahl-Konzepte zu erreichen.
Die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 sind ebenfalls im Gesamtgehäuse 13 bzw. einem Teil des Gesamtgehäuses 13, insbesondere zumindest teilweise in einem Unterwasser- schaft 22 (also einem Schaft des Antriebsystems 2, der in Einbaulage am Boot 1 unter Wasser liegt), angeordnet. Der Unterwasserschaft 22 kann einerseits mit einem Propellerwellen Auf- nahmeteil 23 und andererseits mit dem Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5 des Ge- samtgehäuses 13 verbunden sein. Wie bereits erwähnt kann das Gesamtgehäuse 13 auch ein- stückig ausgebildet sein. Ebenso ist es möglich, dass der Propellerwellen- Aufnahmeteil 23 mit dem Unterwasserschaft 22 und/oder mit dem Aufnahmeteil 15 ausgebildet sein. Der Unterwasserschaft 22 kann allseitig geschlossen ausgeführt sein. Bevorzugt ist er jedoch durch zwei voneinander distanzierte, insbesondere finnenartige, Abschnitte 24 gebildet bzw. weist diese auf, wobei zwischen den Abschnitten 24 ein Durchbruch 25 ausgebildet ist. Mit dieser Ausführungsvariante kann das Strömungsverhalten des Antriebsystems 2 verbessert werden, da das Wasser durch den Durchbruch 25 hindurchfließen kann und somit der Unter- wasserschaft 22 einen geringeren Strömungswiderstand (Wasserverdrängung) bildet. Einer der Abschnitte 24 kann dabei für die Abwärtsbewegung des Zugmittels, also insbesondere des Zahnriemens 16, in Richtung auf die Propellerwelle 8 hin, und der andere Abschnitt 24 für die Aufwärtsbewegung des Zugmittels, also insbesondere des Zahnriemens 16, in Richtung auf die jeweilige Rotorwelle 6 hin verwendet werden.
Im Falle der Ausbildung der Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 als oder mit einem Zugmittel können diese gemäß einer weiteren Ausführungsvariante einen in das Antriebsys- tem 2 integrierten Spanner, beispielsweise einen Kettenspanner oder insbesondere einen (Zahn)Riemenspanner 26, vorzugsweise Rückenspannrollen, aufweisen. Mit dem Spanner kann zusätzlich der Abstand auf den Durchmesser der Riemenschiebe 21 auf der Propeller- welle 8 eingestellt werden. Es ist dabei möglich, dass die voranstehend erwähnten Bordschei- ben ausschließlich auf den Spannern angeordnet sind.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass die Rotorwellen 6 und die Propellerwelle 8 auf Lagern 27, wie z.B. Gleitlager oder vorzugsweise Kugellager, gelagert sind.
Unterhalb des Propellerwellen- Aufnahmeteils 23 kann eine Finne 28 angeordnet sein, die mit dem Propellerwellen- Aufnahmeteil 23 verbunden ist, um damit die Strömungseigenschaften des Antriebsystems 2 zu verbessern.
Das Antriebsystem 2 weist weiter eine Elektronikeinrichtung 29 auf. Diese Elektronikeinrich- tung 29 umfasst insbesondere elektronische Bauteile für die Steuerung und/oder Regelung der beiden Elektromotoren 5. Beispielsweise kann die Elektronikeinrichtung zumindest einen Umrichter (Wechselrichter zum Umwandeln der vom Energiespeicher gelieferten Gleich- spannung in eine Wechselspannung zur Versorgung und Regelung der Elektromotoren 5), Kondensatoren, Transistoren, IGBT's, etc., aufweisen. Die Elektronikeinrichtung 29 ist vorzugsweise ebenfalls im Gesamtgehäuse 13 angeordnet, insbesondere im Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5. Beispielsweise kann die Elektro- nikeinrichtung 29 zwischen den beiden Elektromotoren 5 und vorzugsweise unmittelbar an- liegend an einer Wand des Gesamtgehäuses angeordnet sein, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist, die eine weitere Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 ausschnittsweise von vome und geschnitten zeigt. Mit der direkten Anlage kann die Kühlung der Elektronikeinrichtung 29 verbessert werden, da die Wärmeabfuhr über den Werkstoff des Gesamtgehäuses 13 und das dieses benetzende Wasser erfolgen kann, wie dies bereits zu den Elektromotoren 5 be- schrieben wurde. Die Elektronikeinrichtung 29 kann mit dem Gesamtgehäuse verschraubt und/oder formschlüssig, beispielsweise durch Verpressen, und/oder stoffschlüssig verbunden werden, beispielsweise mit einem wärmeleitenden Kleber.
Das Antriebsystem 2 weist eine Anti-Kavitationsplatte 30 (auch als Anti- Ventilationsplatte bezeichenbar) auf. Die Anti-Kavitationsplatte 30 ist oberhalb des Propellers 7 und beab- standet zu diesem angeordnet. Gemäß einer weiteren, ebenfalls aus Fig. 7 ersichtlichen Aus- führungsvariante des Antriebsystems 2, kann dabei vorgesehen sein, dass die Anti- Kavitationsplatte 30 Teil des Gesamtgehäuses 13 ist, insbesondere den Boden des Aufnahme- teils 15 für die Elektromotoren 5 bildet. Die Elektronikeinrichtung 29 kann dabei vorzugswei- se unmittelbar an der Anti-Kavitationsplatte 30 angeordnet sein. Wie ebenfalls aus Fig. 7 er- sichtlich ist, können die Elektromotoren 5 ebenfalls an der Anti-Kavitationsplatte 30 angeord- net sein.
Generell kann nach einer Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 vorgesehen sein, dass die Elektromotoren 5 im Bereich der Wasserlinie W angeordnet sind. Die Wasserlinie W ist in Fig. 2 für die Gleitfahrt (untere Wasserlinie Wu) und für die Verdrängerfahrt (obere Wasser- linie Wo) eingezeichnet. Wie zu ersehen ist, liegt der Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5 zwischen diesen beiden Wasserlinien W bzw. wird von diesen begrenzt. Der Aufnahmeteil 15 kann aber auch über die Wasserlinie W für die Verdrängerfahrt hinausragen.
Wu entspricht der normierten Transomhöhe und somit der Lage bei („schneller“) Gleitfahrt. Zusätzlich kann mit einer Höhenverstellvorrichtung das Gleitverhalten bzw. das Kühlverhal- ten verbessert werden, indem das Antriebsystem 2 relativ zum Boot 1 höher oder tiefer ge- stellt wird. Die Höhenverstellvorrichtung kann in die am Boot angeordnete Aufhängung für das Antriebssystem 2 integriert oder ein gesonderter Bauteil sein. Beispielsweise kann die Höhenverstellvorrichtung durch zwei relativ in ihrer Höhenlage verstellbare Elemente, wie z.B. Platten, gebildet sein bzw. diese umfassen. Die beiden Elemente können z.B. mittels ei- nes Zahnradtriebes gegeneinander verstellbar ausgeführt sein. Andere Verstelltriebe sind ebenfalls einsetzbar.
Die Elektronikeinrichtung 29 umfasst eine Leistungselektronik bzw. Leistungselektronikbau- teile, wie z.B. die genannten IGBT's. Mit Hilfe der Elektronikeinrichtung 29 bzw. deren An- steuerung ist eine Verbesserung der Leistungscharakteristik des Antriebsystems 2 im Teillast- bereich der als Asynchronmotoren ausgebildeten Elektromotoren 5 erreichbar. Es ist bekannt, dass Asynchronmotoren im Vergleich zu Synchronmotoren systembedingt immer einen schlechteren Teillastwirkungsgrad aufweisen. Mit der Elektronikeinrichtung 29 kann jedoch ein Wirkungsgrad des Antriebsystems 2 auch bei Verwendung von zwei Asynchronmotoren von mehr als 90 % erreicht werden. Dies wird einerseits durch den Antrieb mit mehr als ei- nem Elektromotor 5 ermöglicht, indem im Teillastbereich (unteren Lastbereich) von nur ei- nem der beiden oder der mehreren Elektromotoren 5 Leistung zur Drehmomentübertragung an den Propeller 7 abgerufen wird. Dadurch, dass im unteren Lastbereich nur einer der beiden bzw. mehreren Elektromotoren 5 betrieben wird, kann dieser im Bereich des oberen Teillast- bereichs bis Volllast betrieben werden, also mit mehr Leistungsabgabe pro Motor als bei gleichzeitigem Betrieb mit zwei Elektromotoren 5.
Bevorzugt wird eine feldorientierte Regelung (Vektorregelung) für die Leistungsregelung der Elektromotoren 5 mit wirkungsgradoptimierendem Master/Slave Betrieb von den zwei oder mehreren Elektromotoren 5 eingesetzt.
Nach einer anderen Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 kann auch vorgesehen sein, dass zumindest ein Asynchronmotor mit zumindest einem Synchronmotor kombiniert wird. Die Regelung kann dabei so erfolgen, dass im unteren Leistungsbereich nur von dem zumin- dest einen Synchronmotor Leistung bezogen wird, und dass im oberen Leistungsbereich nur der zumindest eine Asynchronmotor betrieben wird oder sowohl der zumindest eine Asyn- chronmotor und der zumindest eine Synchronmotor betrieben werden.
Vorzugsweise weisen die Umrichter (150 kVA je Umrichter) eine Breite von maximal 160 mm, insbesondere zwischen 100 mm und 160 mm, auf. Dies wird durch die vollständige, ge- häuselose Integration von IGBT’s bzw. leistungstragenden Bauteilen (der Leistungselektro- nik) in das Gesamtgehäuse 13 und durch die angesprochene passive Komponentenkühlung ermöglicht.
Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr können am Gesamtgehäuse weitere Kühlrippen 31 (siehe Fig. 2) angeordnet werden. Die in Fig. 2 dargestellte Kühlrippe 31 dient auch als Spritzschutz. Anstelle dieser Kühlrippe 31 oder zusätzlich dazu können Kühlrippen 31 auch an einer ande- ren, insbesondere mit Wasser im Kontakt stehenden, Stelle des Gesamtgehäuses 13 angeord- net sein, beispielsweise an der Unterseite des Gesamtgehäuses 13. Ebenso kann eine Verbes- serung der Wärmeabfuhr erreicht werden, wenn die Anti-Kavitationsplatte 30 aus einem Me- tall besteht, das bei 20 °C eine Wärmeleitfähigkeit von zumindest 40 W/m.K, insbesondere zumindest 50 W/m.K, aufweist. Beispielsweise kann die Anti-Kavitationsplatte 30 aus einem Stahl oder Aluminium oder einer Aluminiumlegierung (zumindest teilweise) bestehen.
Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr kann weiter fakultativ oder ergänzend dazu vorgesehen sein, dass die Anti-Kavitationsplatte 30 eine Dicke aufweist, die zwischen 10 mm und 50 mm beträgt.
Nach einer Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Elektromotor 5 oder eine der Rotorwellen 6 mit einer Freilaufeinrichtung 32 versehen ist, wie dies in Fig. 5 strichliert angedeutet ist. Damit kann mit einfachen Mitteln wahlweise zu- mindest einer der Elektromotoren 5 aus der Leistungsabgabe an die Propellerwelle 8 genom- men werden. Vorzugsweise ist die Freilaufeinrichtung 32 eine schaltbare Freilaufeinrichtung 32.
Obwohl die Anordnung der (genannten) Wärme erzeugenden Komponenten des Antriebsys- tems 2 an der Anti-Kavitationsplatte 30 die bevorzugte ist, können zumindest einzelne dieser Komponenten auch an anderen Stellen im Gesamtgehäuse 13 angeordnet werden, wobei sol- che Bereiche bevorzugt werden, die im Betrieb des Antriebsystems 2 von Wasser umspült oder benetzt werden, um auch für diese Ausführungen eine verbesserte passive Kühlung zu ermöglichen. Eine passive Kühlung ist auch mit Luft möglich.
Zusätzlich zu dieser passiven Kühlung (d.h. ohne eigenes Kühlmedium) kann auch eine wei- tere fluidische (aktive) Kühlung der Elektromotoren 5 und/oder der Leistungselektronik bzw. der Elektronikeinrichtung 29, insbesondere mit Wasser, erfolgen. Dazu kann im Bereich der Propellerwelle 8, insbesondere an deren vorderem Ende, eine Wassereintrittsöffnung 33 vor- gesehen sein, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Es sei dazu auch auf die Fig. 8 und 9 verwie- sen, die die Ausführungsvarianten des Antriebsystems 2 mit aktiver Kühlung zeigen.
Das an der Wassereintrittsöffnung 33 während der Fahrt eintretende Wasser kann über Kanäle 34 in Richtung Aufnahmeteil 15 des Gesamtgehäuses 13 gefördert werden, insbesondere pumpenlos, vorzugsweise alleine aufgrund des anliegenden Druckes (Staudruck) an der Was- sereintrittsöffnung 33. Im Aufnahmeteil 15 kann das Fluid/Wasser über weitere Kanäle 35, die beispielsweis in den Wänden der Aufnahmen 14 der Elektromotoren 5 ausgebildet sind, entlang der Elektromotore 5 weitergeleitet werden, um dann beispielsweise rückwärtig über eine Wasseraustrittsöffnung 36 (siehe auch Fig. 3) das Gesamtgehäuse 13 wieder zu verlas- sen, und damit aufgenommene Wärme aus dem Antriebsystem 2 zu entfernen.
Die Anzahl, die Größe bzw. die Geometrie und die Verteilung der in den Fig. gezeigten Kanä- le im Antriebsystem 2 dient nur der Veranschaulichung des Prinzips der aktiven Kühlung und soll nicht beschränkend für den Schutzumfang verstanden werden. Generell wird zur aktiven Kühlung jedoch ein axialer, ummantelnder Verlauf, in Bezug auf die Statoren 11, bevorzugt.
Der beschriebene Unterwasserschaft 22, d.h. die beiden Abschnitte 24, die der zumindest teilweisen Aufnahme der Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen 9 dienen, sind vorzugs- weise wasserdicht ausgeführt, um damit die gehäuselose Integration von elektronischen Bau- teilen bzw. der Elektromotoren im Antriebsystem 2 zu vereinfachen. Zusätzlich können zur Vermeidung von Kondenswasser innerhalb des Gesamtgehäuses 13, insbesondere des Auf- nahmeteils 15, am/im Gesamtgehäuse 13 zumindest eine Membran, z.B. eine PTFE- Membran, oder zumindest eine Druckausgleichvorrichtung vorgesehen werden, um Luft- feuchtigkeit vom Innenbereich des Gesamtgehäuses 13 nach außen abzuführen, gleichzeitig aber den Wassereintritt in das Gesamtgehäuse 13 an diesen Stellen zu verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante des Antriebsystems 2 kann auch vorgesehen wer- den, dass zur Kühlung die Rotorwellen 6 als Hohlwellen ausgebildet sind, sodass innerhalb der Rotorwellen 6 ein, gegebenenfalls zusätzlicher, Kühlkanal 37 ausgebildet werden kann, wie dies ebenfalls in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist. Die Wasserversorgung bzw. die Versor- gung mit Kühlmittel kann ebenfalls über die, gegebenenfalls weiteren, Wassereintrittsöffnun- gen 38 erfolgen, die bevorzugt unterhalb der Anti-Kavitationsplatte 30 angeordnet sind. Der Austritt des Kühlmittels kann über die Wasseraustrittsöffnung 36 (oder eine weitere Was- seraustrittsöffnung) erfolgen. Mit der Rotorkühlung kann der Wärmeübergang vom Rotor 10 auf den Stator 11 reduziert werden, womit die Statorwicklung besser vor Überhitzung ge- schützt werden kann. Insgesamt kann damit eine Staudruck Kühlmittelkühlung zur Verfügung gestellt bzw. ausgebildet werden, womit die Kühlung der Elektromotoren 5 und der Elektro- nik des Antriebsystems 2 verbessert werden kann.
Der Innenraum der Elektromotoren 5 und/oder der Bereich in dem die Elektronikeinrichtung 29 angeordnet sein kann, kann mit einer Abschlussplatte 39 (siehe Fig. 3) abgedichtet werden. Zwischen dieser Abschlussplatte 39, in die oder durch die gegebenenfalls auch die Rotorwel- len 6 hinein- oder hindurchragen können, und einer Ab Schluss Verkleidung 40, die die Was- seraustrittsöffnung 36 aufweist, kann ein Volumen für die Aufnahme des Kühlmittels aus dem Kühlkanal 37 bereitgestellt werden.
Am vorderen Ende des Antriebsystems 2 kann ebenfalls ein Verkleidungsprofil 41 am Ge- samtgehäuse 13 angeordnet sein, um damit das Strömungsverhalten des Antriebsystems 2 zu verbessern.
Zur weiteren Verbesserung der Sicherheit des Antriebsystems 2 können nicht nur zumindest zwei Elektromotoren 5 verbaut sein, sondern auch zwei Elektronikeinrichtungen 29, womit auch die Schaltkreise redundant gestaltet werden können. Zur Verbesserung der Robustheit des Elektroniksystems, insbesondere der Elektronikeinrich- tung 29, können diverse Vorkehrungen getroffen werden, wie beispielsweise Federkontakte anstelle von Lötkontakte, um damit die Bruchgefahr von Verbindungsstellen zu reduzieren.
Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, kann das Antriebsystem 2 in einen Oberteil 42, einen den Unterwasserschaft 22 aufweisenden Mitteilteil 43 und einen Unterwasserteil 44 unterteilt werden. Der Mittelteil 43 ragt dabei ebenfalls ins Wasser. Der Unterwasserteil 44 wird durch die Propellerwelle 8 und den Propeller 7 definiert. Der Aufnahmeteil 15 für die Elektromotoren 5 gehört zum Mittelteil 43.
Der Oberteil 42, der strömungsoptimiert ausgebildet sein kann, kann einen Aufnahmebereich 45 für die Anordnung einer in Fig. 1 dargestellten Befestigungsvorrichtung 46 aufweisen, mit der das Antriebsystem 2 an einem Heckspiegel 47 des Bootes 1 angeordnet werden kann.
Die Erfindung betrifft also insbesondere ein neuartiges Konzept für einen Außenbordantrieb für ein Boot 1. Dieses Konzept integriert bevorzugt die komplette Antriebseinheit auf Höhe der Anti- Ventilationsplatte in Form eines Auftriebskörpers, um eine direkte Kühlung sowie eine kompakte, modulare und vor allem bootsunabhängige Konstruktion zu erreichen. Mit bootsunabhängiger Konstruktion sind im Wesentlichen Bootstypen, welche für Innenbordan- triebe mit Z-Getriebe ausgelegt sind, sowie alle Bootstypen für Außenbordantriebe gemeint. Bei zuletzt genanntem Bootstyp erhält man zudem den Vorteil der einfachen Anpassung auf die verschiedenen Transomhöhen, da die Antriebseinheit nicht im Oberteil integriert ist. Mit dem Antriebsystem 2 können folgende Vorteil erreicht werden: tiefer Schwerpunkt; kompak- tere, leichtere und im Wesentlichen schaftlängenunabhängige Konstruktion; einfacheres bzw. direktes Kühlsystem ist realisierbar; Auftriebskörper übernimmt neben der Anti- Ventilationsplatte zusätzlich eine Funktion ähnlich wie bei Hydrofoils, womit das Boot 1 schneller bzw. leichter in den Gleitmodus gelangt; Auftriebskörper dient neben der Antiventi- lationsplatte auch als Schutzkörper bei Eingriff von oben; das Antriebssystem 2 ist in der Wasserlinie W integriert womit Nutzraum für eine Badeplattform 4 erreicht werden kann. Bei Außenbordantrieben kann der Propeller 7 als Zugpropeller oder Schubpropeller ausgeführt sein. Im Vergleich zu Innenbordsystemen mit Z-Getriebe hat das Antriebsystem 2 den Vorteil einer einfacheren Montage, von weniger Gewicht (Entfall des gesamten Z-Getriebes, integrierte Konstruktion, etc.), einer einfach realisierbaren vertikalen Verstellfunktion des Antriebes, eine Liftfunktion bei Innenbordem, weniger Laufgeräusche und Vibrationen im Boot 1, mehr Stauraum im Boot 1 bzw. mehr Platz für Akkumulatoren, und es ist ein einfacheres bzw. di- rektes Kühlsystem realisierbar.
Weiter kann die Kühlung des Antriebsystems 2 gegebenenfalls gänzlich ohne Pumpen, also insbesondere auch ohne die üblichen Impellerpumpen, ausgeführt sein, womit das Antriebsys- tem 2 weniger Verschleißteile aufweisen kann.
Aufgrund des bevorzugt redundant ausgeführten Antriebssystems 2 ist das System sehr aus- fallssicher.
Das Antriebsystem 2 vereinigt die klassischen Vorteile eines Außenbordmotors, wie die Wendigkeit (gelenkter Propeller 7) und Montagefreundlichkeit, das auch die Trimmbarkeit übernimmt, und kann diese mit diversen Vorteilen eine Z- Antriebes, wie z.B. der tiefe Schwerpunkt, kombinieren. Aufgrund des Wegfalls des Oberteils von handelsüblichen Au- ßenbordmotoren entsteht im Bereich des Hecks zusätzlicher Nutzraum.
Das Antriebsystem 2 kann neben Booten 1 mit Heckspiegel für einen Außenbordantrieb auch auf Booten 1, die konstruktiv für Z- Antriebe (Innenbordantrieb + Z-Getriebe) ausgelegt sind, verwendet werden. Bei Booten 1 mit Innenbordantrieb und Z-Getriebe entsteht im Schiffs- rumpf genügend Platz um die Akkumulatoren anstelle des Motors und des Tanks einzubauen. Dieser Platz eignet sich auch besonders hinsichtlich der Gewichts Verteilung. Da das An- triebsystem 2 im Vergleich zum Z-Antrieb im Außenbereich liegt, entstehen am Boot 1 weni- ger Laufgeräusche bzw. Vibrationen.
Neben den genannten Bestandteilen des Antrieb Systems 2 kann das Gesamtsystem auch einen Gashebel zur Regelung des Vorschubs, eine zentrales Bedienelement/ Anzeigeelement für den Benutzer, eine übergeordnete Steuerung für die Verwertung der generierten Daten und als zentrale Schnittstelle zu den Komponenten des Bootes 1/des Lahrzeuges, und vor allem auch einen Energiespeicher, wie vorzugsweise einen Akkumulator, umfassen. Der Energiespeicher kann ein Hochspannungsspeicher sein. Beispielsweise kann der Energiespeicher zur Bereit- stellung einer Gleichspannung von 400 V ausgelegt sein.
Anstelle oder zusätzlich zu einem Akkumulator kann auch eine andere Energieversorgung integriert werden, beispielsweise eine Brennstoffzelle oder ein Methanolgenerator. PV- Module für die Energieversorgung von Steuerungen und Regelungen sind ebenfalls ersetz- bar.
Die zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 kann neben der Momentenüber- tragung auch die Leistungskopplung der Elektromotoren 5 sowie die Untersetzungsfunktion und konstruktive Ausgestaltungen des Unterwasserteils bzw. Unterwasserschafts 22 über- nehmen, um damit die hydrodynamischen Eigenschaften und die Verschleißeigenschaften zu verbessern.
Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten des An- triebsystems 2, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind. Weiter können Einzelmerkmale der be- schriebenen bzw. gezeigten Ausführungsvarianten eine eigenständige Erfindung darstellen.
So kann insbesondere ein Antriebsystem 2, insbesondere für ein Boot 1, umfassend einen, zwei oder mehr als zwei Elektromotoren 5 mit, insbesondere jeweils, einer Rotorwelle 6, wei- ter umfassend zumindest einen Propeller 7, eine Propellerwelle 8, wobei der Propeller 7 auf der Propellerwelle 8 angeordnet ist, und eine oder zwei Drehmoment-
Übertragungsvorrichtungen 9, wobei gegebenenfalls jede der oder mehrere Rotorwellen 6 der Elektromotoren 5 mit der/einer Drehmoment-Übertragungsvorrichtung 9 verbunden ist, eine eigenständige Erfindung darstellen, wenn diese zumindest eines der nachfolgenden Merkmale aufweist: zumindest einen, insbesondere zwei oder mehr Elektromotor(en) 5, insbesondere Asynchronmotor(en) (Kurzschlusskäfigläufer) mit einer I-Pin oder Hairpin Wicklung des Sta- tors 11 oder der Statoren 12, und/oder die gehäuselose Anordnung eines, insbesondere zweier oder mehrerer Elektromotoren, insbesondere Asynchronmotoren, in das Gesamtgehäuse 13 (womit eine verbesserte direkte, insbesondere pumpenlose, Kühlmöglichkeit der Elektromotoren 5 über das Gesamtgehäuse 13 erreicht werden kann), und/oder die Anordnung nur eines Elektromotors 5 und einer zweiten, leerlaufenden Welle ohne Motor, insbesondere im Gesamtgehäuse 13, und/oder die Kombination zumindest eines Riementriebes, insbesondere mehrerer Riementrie- be, mit einer Untersetzung bzw. mit Untersetzungen und insbesondere mit zumindest einem Spanner, insbesondere jeweils einem Spanner pro Riementrieb, insbesondere einer Rücken- spannrolle, und/oder mit einem Unterwasserschaft 22, der zwei oder mehrere Abschnitte 24 aufweist, zwischen denen ein Durchbruch 25 ausgebildet ist, und/oder die Anordnung von zumindest einer Rückenspannrolle in einem Riementrieb, die den Abstand für die Abschnitte des Unterwasserschaftes 22 definiert und konstruktiv auf den Un- tersetzungsdurchmesser der Propellerwelle 8 ausgelegt ist, und/oder die Ausbildung einer Verzahnung auf der oder den Rotorwelle(n) 6 für den kämmen- den Eingriff eines Zahnriemens (pro Rotorwelle 6), und/oder ein ölfreies oder mehrere ölfreie Zahnriemengetriebe, und/oder die direkte, insbesondere pumpenlose, (Durchfluss)Kühlung des Elektromotors 5 oder der Elektromotoren 5 über die Ausbildung der Rotorwelle(n) 6 als Hohlwelle zur Bildung zumindest eines Kühlkanals 37 in der oder den Rotorwelle(n) 6, und/oder eine Höhenverstellvorrichtung in der Aufhängung des Antriebsystems 2 bei Booten 1 für Z- Antrieb, und/oder einen Zugpropeller bei einem Außenbordmotor, und/oder die gehäuselose Integration des oder der Umrichter oder der Leistungselektronik im Gesamtgehäuse 13 des Antriebsystems 2, und/oder die, insbesondere unmittelbare, Anordnung des Elektromotors 5 oder der Elektromoto- ren 5 und/oder der Elektronikeinrichtung 29 bzw. der Leistungselektronikbausteine, wie Um- richter, Kondensatoren, ICiBT's, auf der Anti-Kavitationsplatte 30, und/oder - die Anordnung von zumindest einem Elektromotor 5 in einem Antriebsystem 2 mit mehreren Rotorwellenö, wobei die motorlosen Rotorwellen leer mitlaufen, und/oder die Steuerung von mehreren Elektromotoren 5 im Master/Slave Betrieb, um damit die schlechteren Teillastwirkungsgrade der Elektromotoren 5 zumindest teilweise zu kompensie- ren, ein Antriebssystem 2 mit zumindest einem Elektromotor 5 auf einer ersten Rotorwelle 6 und mit einer zweiten mit der ersten Rotorwelle 6 mitlaufenden „Rotorwelle“ ohne Motor ein Antriebsystem, dessen Gehäuse ab der Anti-Kavitationsplatte 30 als Auftriebskör- per ausgebildet ist, der in Ruhelage des Bootes 1 zumindest teilweise unterhalb der Wasserli- nie W liegt.
Der Ordnung halber sei abschließend daraufhingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus des Antriebsystems 2 dieses bzw. dessen Bestandteile nicht zwingenderweise maß- stäblich dargestellt sind.
Bezugszeichenaufstellung Boot 36 Wasseraustrittsöffnung Antriebsystem 37 Kühlkanal Antrieb 38 Wassereintrittsöffnung Badeplattform 39 Abschlussplatte Elektromotor 40 Ab Schlussverkleidung Rotorwelle Propeller 41 Verkleidungsprofil Propellerwelle 42 Oberteil Drehmoment- 43 Mittelteil Übertragung s Vorrichtungen 44 Unterwasserteil Rotor 45 Aufnahmebereich Stator 46 Befestigungsvorrichtung Wicklungsnut 47 Heckspiegel Gesamtgehäuse W Wasserlinie Aufnahme Aufnahmeteil Zahnriemen Verzahnung Oberfläche Verzahnung Oberfläche Riemenscheibe Unterwasserschaft Propellerwellen-Aufnahmeteil Abschnitt Durchbruch Riemenspanner Lager Finne Elektronikeinrichtung Anti-Kavitationsplatte Kühlrippe Freilaufeinrichtung Wassereintrittsöffnung Kanal Kanal

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Antriebsystem (2), insbesondere für ein Boot (1), umfassend zumindest zwei Elektromo- toren (5) mit jeweils einer Rotorwelle (6), einen Propeller (7), eine Propellerwelle (8), wobei der Propeller (7) auf der Propellerwelle (8) angeordnet ist, und zumindest eine Drehmoment- Übertragungsvorrichtung (9), insbesondere zwei Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (9), wobei jede der beiden Rotorwellen (6) der beiden Elektromotoren (5) mit zumindest ei- ner, insbesondere mit jeder, Drehmoment- Übertragungsvorrichtung (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (9) mit der einen Propellerwelle (8) verbunden ist, insbesondere beide Drehmoment- Übertragungsvorrichtungen (9), mit der einen Propellerwelle (8) verbunden sind.
2. Antriebsystem (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einer der beiden Rotorwellen (6), insbesondere auf beiden Rotorwellen (6), mehr als ein Elektromo- tor (5) angeordnet ist.
3. Antriebsystem (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromo- toren (5) waagrecht angeordnet sind.
4. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (5) ausschließlich durch Asynchronmotoren oder eine Kombination aus zu- mindest einem Synchronmotor und zumindest einem Asynchronmotor gebildet sind.
5. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Rotorwellen (6) mit einer, insbesondere schaltbaren, Freilaufeinrichtung (32) ver- bunden ist.
6. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Anti-Kavitationsplatte (30) aufweist, die oberhalb des Propellers (7) angeordnet ist, wo- bei die Elektromotoren (5) an der Anti-Kavitationsplatte (30) angeordnet sind.
7. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (5) auf Höhe der Wasserlinie (W) angeordnet sind.
8. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung (9), insbesondere die beiden Drehmo- ment-Übertragungseinrichtungen (9), zumindest abschnittsweise in einem Unterwasserschaft (22) angeordnet sind, der zwei voneinander distanzierte, insbesondere finnenartige, Abschnit- te (24) aufweist, wobei zwischen den Abschnitten (24) ein Durchbruch (25) ausgebildet ist.
9. Antriebsystem (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterwasserschaft (22) wasserdicht ausgebildet ist.
10. Antriebsystem (2) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem der beiden Abschnitte (24), vorzugsweise in beiden Abschnitten (24), des Unterwasser- schafts (22) zumindest ein Kanal (34) für ein Kühlmittel oder eine Kühlmittel-Durchführung angeordnet ist.
11. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die- ses ein Gesamtgehäuse (13) aufweist, in dem neben den Elektromotoren (5) auch eine Elekt- ronikeinrichtung (29) angeordnet ist.
12. Antriebsystem (2) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (5) ein Blechpaket aufweisen, das unmittelbar in das Gesamtgehäuse (13) integriert ist und/oder dass die Elektronikeinrichtung (29) unmittelbar an dem Gesamtgehäuse (13) anlie- gend angeordnet ist.
13. Antriebsystem (2) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anti- Kavitationsplatte (30) Teil des Gesamtgehäuses (13) ist, und dass die Elektronikeinrichtung (29) unmittelbar an der Anti-Kavitationsplatte (30) angeordnet ist.
14. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwellen (6) als Hohlwellen ausgebildet sind.
15. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Übertragungsvorrichtungen (9) eine Untersetzung aufweisen oder mit einer Un- tersetzung kombiniert sind.
16. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Elektromotoren (5) mit Rotorwelle (6) durch eine leer mitlaufende Welle ersetzt ist.
17. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwi- schen der Propellerwelle (8) und den beiden Elektromotoren (5) ein Gegenlaufgetriebe ange- ordnet ist, mit dem ein zweiter Propeller gegenläufig zum Propeller (7) angetrieben werden kann.
18. Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Gesamtgehäuse (13) zumindest ein Kühlmittelkanal zur pumpenlosen, aktiven Statorkühlung angeordnet ist.
19. Gesamtgehäuse (13) mit zumindest einer Aufnahme (14) zur direkten Aufnahme von zu- mindest einem gehäuselosen Elektromotor (5), insbesondere zumindest zwei gehäuselosen Elektromotoren (5), mit zumindest einem Kühlmittelkanal oder zumindest einer Kühlmittel- Durchführung zur pumpenlosen, aktiven Kühlung des Elektromotors (5), insbesondere des Stators (11) des Elektromotors (5).
20. Boot (1) mit einem Antriebsystem (2) und/oder mit einem Gehäuse, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Antriebsystem (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder das Gehäu- se als Gesamtgehäuse (13) nach Anspruch 19 ausgebildet ist.
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