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WO2019072926A1 - Hybrid-nachrüstsatz für die nachrüstung eines mit einer verbrennungskraftmaschine angetriebenen fahrzeuges - Google Patents

Hybrid-nachrüstsatz für die nachrüstung eines mit einer verbrennungskraftmaschine angetriebenen fahrzeuges Download PDF

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WO2019072926A1
WO2019072926A1 PCT/EP2018/077624 EP2018077624W WO2019072926A1 WO 2019072926 A1 WO2019072926 A1 WO 2019072926A1 EP 2018077624 W EP2018077624 W EP 2018077624W WO 2019072926 A1 WO2019072926 A1 WO 2019072926A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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drive shaft
retrofit kit
drive
combustion engine
coil elements
Prior art date
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PCT/EP2018/077624
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English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Heine
Lorenz Müller
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of WO2019072926A1 publication Critical patent/WO2019072926A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/146—Stator cores with salient poles consisting of a generally annular yoke with salient poles
    • H02K1/148—Sectional cores
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/006—Structural association of a motor or generator with the drive train of a motor vehicle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a retrofit kit for retrofitting with a
  • motor vehicles with a so-called hybrid drive are known in which both an internal combustion engine and an electric motor are provided.
  • This drive can be operated in a mixed mode, i. be operated in simultaneous drive of the vehicle with the internal combustion engine and the electric motor as well as an optional drive with the internal combustion engine or the electric motor.
  • No. 8,781,661 B2 discloses a retrofit kit for a vehicle equipped with an internal combustion engine, in which the rotor of an electric machine is additionally connected to a drive shaft of the drive train.
  • the drive shaft must be separated and an additional drive shaft section with the then additionally arranged
  • Electric motor to be integrated into the drive train. It must therefore be intervened in an existing powertrain.
  • DE 102 01 601 C1 discloses an internal combustion engine with crankshaft mounted in a crankcase.
  • a stator / generator is disposed within the crankcase on the crankshaft.
  • the invention has for its object to provide a retrofit kit for retrofitting a driven with an internal combustion engine vehicle with an electric motor drive unit, by means of which a hybrid drive for the vehicle is made possible in a simple manner.
  • the object is achieved by a retrofit kit with the features mentioned in claim 1.
  • the electromotive drive unit comprises a Statorbausatz which is positionable about at least a portion of the at least one drive shaft, wherein the stator assembly comprises individual modules, each extending over a pitch circle and which can be combined to form a stator, which is at least one
  • At least one drive shaft Part of the circumference of the at least one drive shaft extends, so that at least one drive shaft forms a rotor of the electric motor drive unit, it is advantageously possible to retrofit an existing vehicle with an internal combustion engine with a
  • Retrofit electromotive drive unit to a hybrid vehicle without interfering constructively in the existing drive train.
  • the existing powertrain is completely preserved and will not be replaced in parts. So in a simple way the
  • the electromotive drive unit is not positioned on a drive shaft, but about a drive shaft, wherein the drive shaft itself then forms the rotor of the electric motor drive unit.
  • Attachment points comprise attachable electric coil elements. In this way, it is advantageously possible to fasten the electrical coil elements to the vehicle body and with respect to the
  • Position drive shaft The positioning is done in such a way that the individual
  • Electric coil elements are arranged so that the drive shaft are in an effective range of a generated by means of the electric coil elements magnetic field.
  • Embrace part circumference This means that a module or an electric coil element covers a partial circumference of the drive shaft.
  • the partial circumference of a module or a Elektrospulenelement.es is between 5 ° and 30 °. This advantageously makes it possible to variably set the number of modules, ie the number of electro-coil elements which surround the drive shaft. Depending on the partial extent of the individual Module, ie covering the individual electro-coil element, results in a possible total number of modules to encompass the drive shaft over the entire circumference over 360 °.
  • Electric coil elements surround the drive shaft only in a partial extent. This advantageously makes it possible, according to the installation situation of the drive shaft, the number of modules forming the stator, i. adjust the stator forming electro coil elements accordingly. These surround the drive shaft only in the area in which a corresponding space without constructive changes of the drive train is present.
  • the modules encompass the drive shaft, for example, over 180 °. That is, if a module covers a subset of 15 °, the stator assembly would consist of 12 modules, i. 12
  • the modules are assigned permanently connectable permanent magnet elements with the drive shaft.
  • the permanent magnets are thus part of the rotor formed by the drive shaft.
  • the permanent magnet elements may be non-positively and / or materially connected to the drive shaft.
  • the drive shaft itself is thereby not changed in their construction or their construction.
  • the permanent magnet elements can surround the circumference of the drive shaft over a partial circumference or over the entire circumference.
  • a drive force can be transmitted to the drive shaft continuously, even when the electric coil elements are arranged only over part of the circumference.
  • the modules are assigned to the drive shaft firmly connectable electromagnetic coil elements. These electromagnetic coil elements are preferably via slip rings with a
  • Voltage source connectable, so through an interaction of the modules, i.
  • the electric coil elements of the modules generated magnetic fields with those of the
  • Electric coil elements and the permanent magnet elements in a common plane are arranged, which extends perpendicularly through the drive shaft. This advantageously makes it possible to position the electromotive drive unit in a small axial space.
  • the individual permanent magnet elements and associated electric coil elements are arranged on different planes, which extend perpendicularly through the drive shaft. This advantageously makes it possible to use an existing installation space in existing vehicles so as to apply a desired drive force to the drive shaft very variably on an existing drive shaft at a plurality of axially spaced-apart planes by the respectively arranged there electrical coil elements or permanent magnet elements.
  • the retrofit kit comprises a connection set (the required electrical connection lines), by means of which the electric coil elements with a voltage source and a
  • Control unit are connectable. As a result, the control of the electromotive
  • the invention further relates to a vehicle with a retrofit kit according to one of claims 1 to 9.
  • Figure 1 shows schematically in a block diagram the arrangement of an inventive
  • FIG. 3 schematically shows a detailed view of one arranged on a drive shaft
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of the equipment options of FIG Statorbaua.
  • FIG. 1 schematically shows the drive train of a motor vehicle 10.
  • the motor vehicle 10 has an internal combustion engine 12 as well as wheels 16 that can be driven via drive shafts 14.
  • the drive shafts 14 are in this case connected to the internal combustion engine 12 via the
  • Another drive shaft 14 is present between the transmission of the internal combustion engine 12 and a differential gear 18.
  • the drive shafts 14 are used for power transmission between the internal combustion engine 12 and the internal combustion engine 12 downstream transmission and the driven wheels 16.
  • the drive shafts 14 are part of the drive train of the
  • the invention now relates to a retrofit kit for a previously owned equipment possessed existing vehicle for the integration of an additional electric motor
  • the retrofit kit includes a stator assembly 20 which, as explained in more detail in the following figure, is positioned around a drive shaft 14.
  • the stator assembly 20 can be connected via a connection set 22 indicated here to a control unit 24 and a voltage source 26.
  • the controller 24 and the voltage source 26 may be part of the retrofit kit. However, it is also possible that this is already present in the motor vehicle 10
  • Control unit 24 and an existing voltage source 26 can be used.
  • FIG. 1 the arrangement of a stator 20 is shown schematically. According to further exemplary embodiments shown in FIG. 2, however, it is also possible to provide a plurality of stator assembly sets, for example on each of the drive shafts 14 assigned to the wheels 16. Also, the arrangement of several Statorbau accounts on a drive shaft 14 is possible.
  • FIG. 2 a shows an example of a motor vehicle 10 in which on the drive shaft 14 between the internal combustion engine 12 and the differential gear 18 there are two stator kits 20 and 20 a with associated connection sets 22 and 22 a as well as control units 24 and 24a and the voltage sources 26, 26a.
  • the two Statorbau algorithms 20 and 20a are connected to a common control unit 24 and common voltage source 26 and are connectable.
  • FIG. 2b shows another embodiment of a motor vehicle 10 with a front-wheel drive. Here is in each case on a drive shaft 14 between the
  • Internal combustion engine 12 and the front wheels 16 each have a stator 20 and 20a provided.
  • FIG. 2c shows an exemplary embodiment of a so-called multi-axis drive.
  • This motor vehicle 10 has two rear axles, each having a
  • Differential gear 18 operatively connected to one of the internal combustion engine 12
  • Stator kits 20 and 20a may be provided, which are each switched individually or in selectable combinations.
  • FIG. 3 schematically shows a stator assembly 20 arranged on a drive shaft 14.
  • the stator assembly 20 consists of a multiplicity of electro-coil elements 28
  • Electric coil elements 28 form individual modules and each extend over a partial circumference of the drive shaft 14. In the example shown, eight electric coil elements 28 are provided, each extending over a partial circumference of 22.5 °. This means with eight electric coil elements 28, the drive shaft 14 is encompassed by a semicircle of 180 °. The electric coil elements 28 are arranged on the motor vehicle 10 fixed to the body. This means that the electric coil elements 28 have a fixed position to the drive shaft 14.
  • the electro-coil elements 28 are associated with permanent magnet elements 30, which are connected by means of an at least two-part retaining ring 32 fixed to the drive shaft 14.
  • the connection of the retaining ring 32 with the drive shaft 14 can be made non-positively and / or cohesively.
  • Electric coil elements 28 is a narrow air gap, so that the
  • Permanent magnet elements 30 can rotate while the electric coil elements 28 are arranged body-fixed.
  • the individual electric coil elements 28 with a
  • Voltage source 26 are connected. This results in a current flow through the electric coils, so that a magnetic field is generated. This magnetic field acts on the
  • Permanent magnet elements 30 These are poled so that a force is exerted on the permanent magnet elements 30 by the superimposed magnetic field of the electric coil elements 28. This force is transmitted via the retaining ring 32 to the drive shaft 14, so that this is thereby put into rotation or the caused by the internal combustion engine 12 rotation is supported.
  • the drive shaft 14 thus forms a rotor with respect to the stator assembly 20.
  • the arrangement shown can be easily integrated into an electric motor drive unit in the drive train of a motor vehicle.
  • the electric motor drive unit can also be realized when the electric coil elements 28 the
  • Drive shaft 14 does not completely surround but only over a partial circumference.
  • stator 20 shown in Figure 3 it is possible to arrange the stator 20 shown in Figure 3 multiple times.
  • the structural length of the drive shaft 14 can be utilized to provide a plurality of independently selectable electromotive drive units.
  • These multiple electric motor drive units can also be constructed differently, so that they include a different number of electric coil elements 28.
  • the concrete installation situation of the drive shaft 14 can be discussed in an existing vehicle and the optimal solution for retrofitting with one or more electric motor drive unit (s) can be found.
  • the electric coil elements 28 and the permanent magnet elements 30 are each arranged in a common plane which extends perpendicularly through the drive shaft 14. If a plurality of stator assemblies 20 are provided, these are arranged in different planes that run perpendicularly through the drive shaft 14. In FIGS. 4a and 4b, the possibilities of arranging stator assembly sets 20 in a plurality of spaced-apart planes are illustrated in schematic perspective views. Thus, a plurality of stator assembly sets, for example seven stator assembly sets 20, as shown in FIG. 4b, may be arranged on a drive shaft 14 spaced from each other.
  • stator assembly sets 20 can also be constructed in such a way that at least two retaining rings 32 each are provided there with one electro-coil element 28
  • Permanent magnet elements 30 may be associated. This multiple equipment of the stator assemblies 20 results in a variety of possible combinations in the retrofitting of vehicles 10.
  • a stator assembly 20 may comprise only one electric coil element 28.
  • the number of electro-coil elements 28 can be variably arranged both in terms of their number and in terms of their positioning. The arrangement depends on the desired drive power to be realized and / or on the actually existing installation space around the drive shafts 14 present in the motor vehicle 10.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nachrüstsatz für die Nachrüstung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine (12) angetrieben Fahrzeuges, wobei die Verbrennungskraftmaschine (12) über wenigstens eine Antriebswelle (14) mit einer Antriebskraftübertragungseinrichtung verbunden ist, mit einer elektromotorischen Antriebseinheit und einem Steuergerät (24) zum Ansteuern der elektromotorischen Antriebseinheit. Es ist vorgesehen, dass die elektromotorische Antriebseinheit einen Statorbausatz (20) umfasst, der um wenigstens einen Abschnitt der wenigstens einen Antriebswelle (14) positionierbar ist, wobei der Statorbausatz (20) einzelne Module umfasst, die sich jeweils über einen Teilkreis erstrecken und die zu einem Stator kombinierbar sind, der sich über zumindest einen Teilumfang der wenigstens einen Antriebswelle (14) erstreckt, sodass die wenigstens eine Antriebswelle (14) einen Läufer der elektromotorischen Antriebseinheit bildet.

Description

HYBRID-NACHRÜSTSATZ FÜR DIE NACHRÜSTUNG EINES MIT EINER
VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE ANGETRIEBENEN FAHRZEUGES
Die Erfindung betrifft einen Nachrüstsatz für die Nachrüstung eines mit einer
Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges.
Zunächst sind grundsätzlich mittels einer Verbrennungskraftmaschine angetriebene Fahrzeuge bekannt. Auch sind Kraftfahrzeuge mit einem sogenannten Hybridantrieb bekannt, bei dem sowohl eine Verbrennungskraftmaschine als auch ein Elektromotor vorgesehen sind. Dieser Antrieb kann in einem Mischbetrieb, d.h. in gleichzeitigem Antrieb des Fahrzeuges mit der Verbrennungskraftmaschine und dem Elektromotor als auch einem wahlweisen Antrieb mit der Verbrennungskraftmaschine oder dem Elektromotor betrieben werden. Auch sind
Kraftfahrzeuge bekannt, die ausschließlich mit einem Elektromotor angetrieben werden.
Darüber hinaus sind auch sogenannte Nachrüstsätze oder Aufrüstsätze für mit einer
Verbrennungskraftmaschine ausgestattete Kraftfahrzeuge bekannt, mittels denen zusätzlich ein Elektromotor in einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eingebunden werden kann.
Derartige Nachrüstsätze sind beispielsweise aus DE 10 2007 001 841 A1 ,
DE 10 2005 041 634 A1 und DE 10 2009 006 121 A1 bekannt. Bei all diesen Nachrüstsätzen ist nachteilig, dass in den Antriebsstrang eines an sich nur mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Fahrzeuges konstruktiv eingegriffen werden muss. Dies bedeutet, der
Antriebsstrang muss mindestens teilweise entfernt und durch andere kraftübertragende Mittel ersetzt bzw. ergänzt werden.
US 8,781 ,661 B2 offenbart einen Nachrüstsatz für ein mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgestattetes Fahrzeug, bei der der Rotor einer Elektromaschine mit einer Antriebswelle des Antriebsstranges zusätzlich verbunden ist. Hierzu muss die Antriebswelle aufgetrennt werden und ein zusätzlicher Antriebswellenabschnitt mit dem dann zusätzlich angeordneten
Elektromotor in den Antriebsstrang integriert werden. Es muss also in einen bestehenden Antriebsstrang eingegriffen werden.
DE 102 01 601 C1 offenbart einen Verbrennungsmotor mit in einem Kurbelgehäuse gelagerter Kurbelwelle. Eine Stator/Generator ist innerhalb des Kurbelgehäuses auf der Kurbelwelle angeordnet.
Allen bekannten Nachrüstsätzen für die Nachrüstung eines mit einer
Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges mit einer elektromotorischen Antriebseinheit ist somit nachteilig, dass konstruktiv in den bestehenden Antriebsstrang eingegriffen werden muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nachrüstsatz für die Nachrüstung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges mit einer elektromotorischen Antriebseinheit zu schaffen, mittels dem in einfacher Weise ein Hybridantrieb für das Fahrzeug ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Nachrüstsatz mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass die elektromotorische Antriebseinheit einen Statorbausatz umfasst, der um wenigstens einen Abschnitt der wenigstens einen Antriebswelle positionierbar ist, wobei der Statorbausatz einzelne Module umfasst, die sich jeweils über einen Teilkreis erstrecken und die zu einem Stator kombinierbar sind, der sich über zumindest einen
Teilumfang der wenigstens einen Antriebswelle erstreckt, sodass wenigstens eine Antriebswelle einen Läufer der elektromotorischen Antriebseinheit bildet, ist es vorteilhaft möglich, nachträglich ein Bestandsfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine mit einer
elektromotorischen Antriebseinheit zu einem Hybridfahrzeug nachzurüsten, ohne konstruktiv in den bestehenden Antriebsstrang einzugreifen. Der bestehende Antriebsstrang bleibt komplett erhalten und wird auch nicht in Teilen ausgetauscht. So wird in einfacher Weise die
Nachrüstung des mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Fahrzeuges mit einer elektromotorischen Antriebseinheit möglich. Es wird somit die elektromotorische Antriebseinheit nicht an eine Antriebswelle, sondern um eine Antriebswelle herum positioniert, wobei die Antriebswelle dann selber den Läufer der elektromotorischen Antriebseinheit bildet.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Module an fixen
Befestigungspunkten anordbare Elektrospulenelemente umfassen. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, die Elektrospulenelemente karosseriefest zu befestigen und in Bezug auf die
Antriebswelle zu positionieren. Die Positionierung erfolgt derart, dass die einzelnen
Elektrospulenelemente so angeordnet sind, dass die Antriebswelle in einen Wirkbereich eines mittels der Elektrospulenelemente erzeugbaren Magnetfelds liegen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Elektrospulenelemente die Antriebswelle in einem
Teilumfang umgreifen. Dies bedeutet, ein Modul bzw. ein Elektrospulenelement deckt einen Teilumfang der Antriebswelle ab.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Teilumfang eines Moduls bzw. eines Elektrospulenelement.es zwischen 5° und 30° beträgt. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, die Anzahl der Module, d.h. die Anzahl der Elektrospulenelemente, die die Antriebswelle umgreifen, variabel festzulegen. Je nachdem welchen Teilumfang das einzelne Modul, d.h. das einzelne Elektrospulenelement abdeckt, ergibt sich eine mögliche Gesamtzahl der Module um die Antriebswelle über den Gesamtumfang über 360° zu umgreifen.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Elektrospulenelemente die Antriebswelle nur in einem Teilumfang umgreifen. Hierdurch ist vorteilhaft möglich, entsprechend der Einbausituation der Antriebswelle die Anzahl der den Stator bildenden Module, d.h. den Stator bildenden Elektrospulenelemente entsprechend anzupassen. Diese umgreifen die Antriebswelle nur in dem Bereich, in dem ein entsprechender Bauraum ohne konstruktive Änderungen des Antriebsstranges vorhanden ist. Die Module umgreifen die Antriebswelle beispielsweise über 180°. Dies bedeutet, wenn ein Modul einen Teilumfang von 15° abdeckt, würde der Statorbausatz aus 12 Modulen, d.h. 12
Elektrospulenelementen bestehen.
Darüber hinaus ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass den Modulen mit der Antriebswelle fest verbindbare Permanentmagnetelemente zugeordnet sind. Die Permanentmagnete sind somit Bestandteil des von der Antriebswelle gebildeten Läufers. Die Permanentmagnetelemente können mit der Antriebswelle kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Die Antriebswelle selber wird hierdurch nicht in ihrem Aufbau bzw. ihrer Konstruktion verändert. Durch diese den Modulen, also den Elektrospulenelementen zugeordnete Permanentmagnetelemente kann das von den Elektrospulenelementen erzeugte Magnetfeld mit besonders großer Effektivität in eine Drehbewegung des Läufers gewandelt werden.
Die Permanentmagnetelemente können den Umfang der Antriebswelle über einen Teilumfang oder auch über den gesamten Umfang umgreifen. Insbesondere bei den über den gesamten Umfang angeordneten Permanentmagnetelementen kann kontinuierlich, auch bei nur über einen Teilumfang angeordneter Elektrospulenelemente eine Antriebskraft auf die Antriebswelle übertragen werden.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass den Modulen mit der Antriebswelle fest verbindbare elektromagnetische Spulenelemente zugeordnet sind. Diese elektromagnetischen Spulenelemente sind vorzugsweise über Schleifringe mit einer
Spannungsquelle verbindbar, sodass über eine Wechselwirkung der von den Modulen, d.h. den elektrischen Spulenelementen der Module erzeugten Magnetfelder mit den von den
elektromagnetischen Spulenelementen des Rotors erzeugten Magnetfeldern eine
entsprechende Antriebskraft auf die Antriebswelle aufgebracht werden kann.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Elektrospulenelemente und die Permanentmagnetelemente in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die senkrecht durch die Antriebswelle verläuft. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, auf geringem axialen Bauraum die elektromotorische Antriebseinheit zu positionieren.
Darüber hinaus ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die einzelnen Permanentmagnetelemente und zugeordnete Elektrospulenelemente auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, die senkrecht durch die Antriebswelle verlaufen. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, einen vorhandenen Einbauraum bei Bestandsfahrzeugen so auszunutzen, um auf eine vorhandene Antriebswelle an mehreren axial zueinander beabstandeten Ebenen durch die jeweils dort angeordneten Elektrospulenelemente bzw. Permanentmagnetelemente sehr variabel eine gewünschte Antriebskraft auf die Antriebswelle aufzubringen.
Ferner ist in weiterer bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen, dass der Nachrüstsatz einen Verbindungssatz (die erforderlichen elektrischen Verbindungsleitungen) umfasst, mittels der die Elektrospulenelemente mit einer Spannungsquelle und einem
Steuergerät verbindbar sind. Hierdurch wird die Ansteuerung der elektromotorischen
Antriebseinheit durch die Steuereinheit entsprechend gewünschter Erfordernisse der
Zuschaltung der elektromotorischen Antriebseinheit zu der Verbrennungskraftmaschine oder eines ausschließlichen Antriebes des Fahrzeuges über die elektromotorische Antriebseinheit möglich.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem Nachrüstsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 schematisch in einem Blockschaltbild die Anordnung eines erfindungsgemäßen
Nachrüstsatzes,
Figuren weitere Anordnungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Nachrüstsätze, 2a - 2c
Figur 3 schematisch eine Detailansicht eines auf einer Antriebswelle angeordneten
Nachrüstsatzes,
Figuren schematisch Perspektivansichten einer Antriebswelle mit mehreren Statorbau 4a, 4b Sätzen, und
Figur 5 schematisch Schnittdarstellung vom Ausstattungsmöglichkeiten der Statorbausätze.
Figur 1 zeigt schematisch den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges 10. Das Kraftfahrzeug 10 besitzt eine Verbrennungskraftmaschine 12 sowie über Antriebswellen 14 antreibbare Räder 16. Die Antriebswellen 14 sind hierbei mit der Verbrennungskraftmaschine 12 über im
Einzelnen nicht gezeigte Getriebeanordnungen wirkverbunden. Eine weitere Antriebswelle 14 ist zwischen dem Getriebe der Verbrennungskraftmaschine 12 und einem Differentialgetriebe 18 vorhanden.
Die Antriebswellen 14 dienen der Kraftübertragung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 12 bzw. dem der Verbrennungskraftmaschine 12 nachgeordneten Getriebe und den angetriebenen Rädern 16. Die Antriebswellen 14 sind Teil des Antriebsstranges des
Kraftfahrzeuges 10.
Aufbau, Funktion und Wirkungsweise eines derartigen Antriebsstranges sind bekannt und sollen im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht näher betrachtet werden.
Die Erfindung betrifft nunmehr einen Nachrüstsatz für ein die bisher erläuterte Ausstattung besitzendes Bestandsfahrzeug zur Integration einer zusätzlichen elektromotorischen
Antriebseinheit in den Antriebsstrang.
Der Nachrüstsatz umfasst einen Statorbausatz 20, der wie in der nachfolgenden Figur noch näher erläutert um eine Antriebswelle 14 positioniert wird. Der Statorbausatz 20 ist über einen hier angedeuteten Verbindungssatz 22 mit einem Steuergerät 24 und einer Spannungsquelle 26 verbindbar.
Das Steuergerät 24 und die Spannungsquelle 26 können Bestandteil des Nachrüstsatzes sein. Es ist jedoch auch möglich, dass hierfür ein im Kraftfahrzeug 10 bereits vorhandenes
Steuergerät 24 und eine vorhandene Spannungsquelle 26 genutzt werden können.
In Figur 1 ist schematisch die Anordnung eines Statorbausatzes 20 dargestellt. Nach weiteren in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispielen können jedoch auch mehrere Statorbausätze, beispielsweise an jeder der den Rädern 16 zugeordneten Antriebswellen 14 vorgesehen sein. Auch ist die Anordnung mehrerer Statorbausätze auf einer Antriebswelle 14 möglich.
Figur 2a zeigt ein Beispiel eines Kraftfahrzeuges 10 bei dem auf der Antriebswelle 14 zwischen der Verbrennungskraftmaschine 12 und dem Differenzialgetriebe 18 zwei Statorbausätze 20 bzw. 20a mit jeweils zugeordneten Verbindungssätzen 22 bzw. 22a sowie Steuergeräten 24 und 24a sowie die Spannungsquellen 26, 26a vorgesehen sind. Es ist natürlich auch möglich, dass die beiden Statorbausätze 20 und 20a mit einem gemeinsamen Steuergerät 24 und gemeinsamen Spannungsquelle 26 verbunden sind bzw. verbindbar sind.
Figur 2b zeigt ein weiteres abgewandtes Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeuges 10 mit einem Frontantrieb. Hier ist jeweils auf einer Antriebswelle 14 zwischen der
Verbrennungskraftmaschine 12 und den vorderen Rädern 16 jeweils ein Statorbausatz 20 bzw. 20a vorgesehen.
Schließlich zeigt Figur 2c ein Ausführungsbeispiel für einen sogenannten Mehrachsantrieb. Dieses Kraftfahrzeug 10 verfügt über zwei Hinterachsen, die jeweils über ein
Differenzialgetriebe 18 mit einer mit der Verbrennungskraftmaschine 12 wirkverbunden
Antriebsachsen 14 gekoppelt sind. Es wird deutlich, dass hier eine Vielzahl von
Statorbausätzen 20 bzw. 20a vorgesehen sein können, die jeweils einzeln bzw. in wählbaren Kombinationen zuschaltbar sind.
Figur 3 zeigt schematisch einen auf einer Antriebswelle 14 angeordneten Statorbausatz 20. Der Statorbausatz 20 besteht aus einer Vielzahl von Elektrospulenelementen 28. Die
Elektrospulenelemente 28 bilden einzelne Module und erstrecken sich jeweils über einen Teilumfang der Antriebswelle 14. Im gezeigten Beispiel sind acht Elektrospulenelemente 28 vorgesehen, die sich jeweils über einen Teilumfang von 22,5° erstrecken. Dies bedeutet mit acht Elektrospulenelementen 28 wird die Antriebswelle 14 über einen Halbkreis von 180° umgriffen. Die Elektrospulenelemente 28 sind karosseriefest an dem Kraftfahrzeug 10 angeordnet. Dies bedeutet, die Elektrospulenelemente 28 besitzen eine feste Position zu der Antriebswelle 14.
Den Elektrospulenelementen 28 sind Permanentmagnetelemente 30 zugeordnet, die mittels eines wenigstens zweiteiligen Halteringes 32 fest mit der Antriebswelle 14 verbunden sind. Das Verbinden des Halteringes 32 mit der Antriebswelle 14 kann kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig erfolgen.
Bei rotierender Antriebswelle 14, beispielsweise durch in Betrieb befindlicher
Verbrennungskraftmaschine 12, rotieren die Permanentmagnetelemente 30 mit der
Antriebswelle 14 mit. Zwischen den Permanentmagnetelementen 30 und den
Elektrospulenelementen 28 befindet sich ein schmaler Luftspalt, sodass die
Permanentmagnetelemente 30 rotieren können, während die Elektrospulenelemente 28 karosseriefest angeordnet sind. Über den Verbindungssatz 22 sind die einzelnen Elektrospulenelemente 28 mit einem
Steuergerät 24 bzw. einer Spannungsquelle 26 verbindbar bzw. verbunden.
Mittels des Steuergerätes 24 können die einzelnen Elektrospulenelemente 28 mit der
Spannungsquelle 26 verbunden werden. Hierdurch kommt es zu einem Stromfluss durch die Elektrospulen, sodass ein Magnetfeld erzeugt wird. Dieses Magnetfeld wirkt auf die
Permanentmagnetelemente 30. Diese sind so gepolt, dass durch das überlagernde Magnetfeld der Elektrospulenelemente 28 eine Kraft auf die Permanentmagnetelemente 30 ausgeübt wird. Diese Kraft wird über den Haltering 32 auf die Antriebswelle 14 übertragen, sodass diese hierdurch in Rotationen versetzt wird bzw. die durch die Verbrennungskraftmaschine 12 hervorgerufene Rotation unterstützt wird.
Die Antriebswelle 14 bildet somit einen Läufer in Bezug auf den Statorbausatz 20. Durch die gezeigte Anordnung lässt sich in einfacher Weise eine elektromotorische Antriebseinheit in den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges integrieren.
Aufgrund des üblicherweise begrenzt vorliegenden Einbauraumes kann die elektromotorische Antriebseinheit auch dann realisiert werden, wenn die Elektrospulenelemente 28 die
Antriebswelle 14 nicht vollständig sondern nur über einen Teilumfang umgreifen.
Nach weiteren in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist es möglich, den in Figur 3 gezeigten Statorbausatz 20 mehrfach anzuordnen. Hierbei kann die konstruktive Länge der Antriebswelle 14 dazu ausgenutzt werden, mehrere unabhängig voneinander zuschaltbare elektromotorische Antriebseinheiten vorzusehen.
Diese mehreren elektromotorischen Antriebseinheiten können auch unterschiedlich aufgebaut sein, sodass sie eine unterschiedliche Anzahl von Elektrospulenelemente 28 umfassen. So kann auf die konkrete Einbausituation der Antriebswelle 14 bei einem Bestandsfahrzeug eingegangen werden und die optimale Lösung für die Nachrüstung mit einer oder mehreren elektromotorischen Antriebseinheit(en) gefunden werden.
Die Elektrospulenelemente 28 und die Permanentmagnetelemente 30 sind jeweils in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die senkrecht durch die Antriebswelle 14 verläuft. Sind mehrere Statorbausätze 20 vorgesehen, sind diese in unterschiedlichen Ebenen, die senkrecht durch die Antriebswelle 14 verlaufen, angeordnet. In den Figuren 4a und 4b sind jeweils in schematischen Perspektivansichten die Möglichkeiten der Anordnung von Statorbausätzen 20 in mehreren beabstandeten Ebenen verdeutlicht. So können auf einer Antriebswelle 14 jeweils beabstandet zueinander mehrere Statorbausätze, beispielsweise sieben Statorbausätze 20, wie Figur 4b zeigt, angeordnet sein.
Die Statorbausätze 20 können, wie Figur 4 zeigt, auch so aufgebaut sein, dass jeweils einem Elektrospulenelement 28 wenigstens zwei Halteringe 32 mit jeweils dort vorgesehen
Permanentmagnetelementen 30 zugeordnet sein können. Durch diese Mehrfachausstattung der Statorbausätze 20 ergeben sich vielfältige Kombinationsmöglichkeiten bei der Nachrüstung von Fahrzeugen 10.
In den Figuren 5 sind schematische Schnittdarstellungen durch jeweils eine Ebene eines Statorbausatzes 20 gezeigt.
Anhand der Vielzahl der Abbildung wird deutlich, dass hier unterschiedlichste Ausstattungen möglich sind. So kann beispielsweise ein Statorbausatz 20 lediglich ein Elektrospulenelement 28 umfassen. Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind die Anzahl der Elektrospulenelemente 28 sowohl hinsichtlich ihrer Anzahl als auch hinsichtlich ihrer Positionierung variabel anordbar. Die Anordnung richtet sich nach den gewünschten zu realisierenden Antriebsleistungen und/oder nach dem tatsächlich vorhandenen Einbauraum um die im Kraftfahrzeug 10 vorhandenen Antriebswellen 14.
Anhand der vorstehenden Erläuterung wird deutlich, dass durch erfindungsgemäße
Nachrüstsätze für die Nachrüstung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine 12
angetriebenen Fahrzeuges sehr variabel und flexibel unterschiedlichste Einsatzanforderungen in einfacher Weise realisiert werden können.
Bezugszeichen
10 Kraftfahrzeug
12 Verbrennungskraftmaschine
14 Antriebswellen
16 antreibbare Räder
18 Differentialgetriebe
20 Statorbausatz
22 Verbindungssatz
24 Steuergerät
26 Spannungsquelle
28 Elektrospulenelemente
30 Permanentmagnetelemente
32 Haltering

Claims

Ansprüche
1 . Nachrüstsatz für die Nachrüstung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine (12)
angetrieben Fahrzeuges, wobei die Verbrennungskraftmaschine (12) über wenigstens eine Antriebswelle (14) mit einer Antriebskraftübertragungseinrichtung verbunden ist, mit einer elektromotorischen Antriebseinheit und einem Steuergerät (24) zum Ansteuern der elektromotorischen Antriebseinheit,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektromotorische Antriebseinheit einen Statorbausatz (20) umfasst, der um wenigstens einen Abschnitt der wenigstens einen Antriebswelle (14) positionierbar ist, wobei der Statorbausatz (20) einzelne Module umfasst, die sich jeweils über einen Teilkreis erstrecken und die zu einem Stator kombinierbar sind, der sich über zumindest einen Teilumfang der wenigstens einen Antriebswelle (14) erstreckt, sodass die wenigstens eine Antriebswelle (14) einen Läufer der elektromotorischen Antriebseinheit bildet.
2. Nachrüstsatz nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Module an fixen Befestigungspunkten anordbare Elektrospulenelemente (28) umfassen.
3. Nachrüstsatz nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrospulenelemente (28) die Antriebswelle (14) in einem Teilumfang umgreifen.
4. Nachrüstsatz nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Teilumfang zwischen 5° und 30° beträgt.
5. Nachrüstsatz nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
den Modulen mit der Antriebswelle (14) fest verbindbare Permanentmagnetelemente (30) zugeordnet sind.
6. Nachrüstsatz nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Permanentmagnetelemente (30) die Antriebswelle (14) über den gesamten Umfang umgreifen.
7. Nachrüstsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Permanentmagnetelemente (30) und die Elektrospulenelemente(28) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die senkrecht durch die Antriebswelle (14) verläuft.
8. Nachrüstsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die einzelnen Permanentmagnetelemente (30) und zugeordneten Elektrospulenelemente (28) auf mehreren gemeinsamen Ebenen angeordnet sind, die senkrecht durch die Antriebswelle (14) verlaufen.
9. Nachrüstsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektromotorische Antriebseinheit einen Verbindungssatz (22) umfasst, mittels der die Elektrospulenelemente (28) mit einer Spannungsquelle (26) verbindbar sind.
10. Fahrzeug (10) mit einer elektromotorischen Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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