DE60219456T2 - Elektrischer Differentialgetriebemotor mit variabler Drehmomentübertragung - Google Patents

Elektrischer Differentialgetriebemotor mit variabler Drehmomentübertragung Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Motoren und insbesondere einen Differentialgetriebemotor mit variablem Ausgangs-Drehmoment.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein großes Problem bei bekannten Elektromotoren besteht darin, dass der maximale Wirkungsgrad in einem relativ kleinen Bereich von Abtriebsgeschwindigkeiten auftritt, wobei es sich dabei nicht um geringe oder Anfangsgeschwindigkeiten handelt. Eine Wirkungsgrad-Geschwindigkeits-Kurve für einen typischen Motor ist in 1 dargestellt und mit dem Bezugszeichen A bezeichnet. Wie in 1 dargestellt erreicht der typische Elektromotor seinen höchsten Wirkungsgrad im Bereich von 80 % bis zu etwas weniger als 100 %, wobei dieser durch den Punkt B auf der Wirkungsgrad-Geschwindigkeits-Kurve A dargestellt ist, während der Wirkungsgrad bei einer geringen Abtriebsgeschwindigkeit und Anfangsgeschwindigkeit (durch das Bezugszeichen C bezeichnet) im Bereich von 20 bis 25 % liegt.
  • Dieses Problem wird dadurch verstärkt, dass ein hohes Ausgangsdrehmoment erforderlich ist, wenn eine Last, beispielsweise ein Auto, die Betriebsgeschwindigkeit unter Beschleunigung erreichen muss. Das Ausgangsdrehmoment variiert in direkter Abhängigkeit von der Beschleunigung – je höher die Beschleunigung, desto höher das erforderliche Ausgangsdrehmoment. Da das Drehmoment sich direkt proportional zu dem Strom in der Motorspule verhält, erfordert das Beschleunigungsdrehmoment (z.B. Beschleunigung von einer angehaltenen Position oder Abbremsen unter einem gesteuerten Rückwärtsmotordrehmoment) einen wesentlich höheren Motorspulenstrom. Das bedeutet, dass der Strom, der erforderlich ist, damit der Motor bei geringer Geschwindigkeit oder aus dem angehaltenen Zustand ein bestimmtes Drehmoment produziert, viel stärker ist als der Strom, der erforderlich wäre, um das selbe Drehmoment bei höheren Geschwindigkeiten zu produzieren, da der Wirkungsgrad des Motors bei geringen Geschwindigkeiten viel geringer ist als bei höheren Geschwindigkeiten, wie die Punkte B und C auf der Wirkungsgrad-Abtriebsgeschwindigkeits-Kurve in 1 veranschaulichen. Außerdem steigt der Energieverlust im Motor exponentiell an, da dieser Verlust dem Widerstand der Motorwicklungen multipliziert mit dem auf die zweite Leistung gesteigerten Strom entspricht.
  • Während des Anhaltens/Startens eines mittels Elektromotor betriebenen Systems liegt der Betriebswirkungsgrad des Elektromotors, insbesondere wenn relativ schnelle Beschleunigungs- oder Abbremskräfte vorhanden sind, deutlich unter dem Wirkungsgradpunkt und typischerweise im Bereich von 20 % bis 25 %, wie durch Punkt C in 1 veranschaulicht, und unter Beschleunigungs-/Abbremsbedingungen sogar noch unterhalb dieses Punkts. In der Folge legt ein Elektrofahrzeug bei konstanten Autobahnfahrbedingungen viel größere Distanzen zurück als in einer Stadt.
  • Angesichts dieser und weiterer bekannter Mängel besteht Bedarf an einem Motor, der die Ausgangsdrehmoment-Geschwindigkeitseigenschaften bekannter Anordnungen verbessert und annähernd die in 1(b) dargestellten idealen Motorbetriebseigenschaften aufweist.
  • KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt einen Differentialgetriebemotor mit variabler Drehmomentwandlung bereit.
  • In einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Differentialgetriebemotor mit variablem Ausgangsdrehmoment bereit, wobei der Differentialgetriebemotor Folgendes umfasst: (a) einen Motor zum Antreiben einer Abtriebswelle mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit und zum Anlegen eines Antriebs-Rotationsdrehmoments an die Abtriebswelle; (b) eine Drehmomentwandlerstufe, die mit dem Motor verbunden ist, um das Antriebs-Rotationsdrehmoment in ein Rotations-Drehmoment an einer Abtriebs-Antriebswelle zum Koppeln an eine Last, umzuwandeln; (c) wobei die Drehmomentwandlerstufe eine erste Differentialstufe umfasst, und wobei die erste Differentialstufe eine an eine Abtriebswelle des Motors gekoppelte Antriebswelle aufweist, und die erste Differentialstufe einen Getriebemechanismus zum Übersetzen des Rotations-Drehmoments von der Antriebswelle an eine erste und zweite Abtriebswelle aufweist, und der Getriebemechanismus jede der Abtriebswellen mit gleicher Geschwindigkeit und in entgegengesetzten Drehrichtungen antreibt; (d) wobei die Drehmomentwandlerstufe eine zweite Differentialstufe aufweist, und wobei die zweite Differentialstufe eine an die erste Abtriebswelle der ersten Differentialstufe gekoppelte erste Antriebswelle und eine an die zweite Abtriebswelle der ersten Differentialstufe gekoppelte zweite Antriebswelle aufweist und einen Getriebemechanismus zum Anlegen eines Rotations-Drehmoments an die Abtriebs-Antriebswelle umfasst, wenn eine Differenz zwischen den Umdrehungsgeschwindigkeiten der ersten und zweiten Antriebswelle für die zweite Differentialstufe auftritt; (e) einen Lastmechanismus, wobei der Lastmechanismus an eine der Antriebswellen auf der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist, wobei der Lastmechanismus auf ein Steuereingangssignal zum Belasten der Antriebswelle responsiv ist, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der zugehörigen Antriebswelle zu variieren.
  • In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Differentialgetriebemotor mit variablem Ausgangs-Drehmoment bereit, wobei der Differentialgetriebemotor Folgendes umfasst: (a) einen Motor zum Antreiben einer Abtriebswelle bei konstanter Geschwindigkeit in vorbestimmter Richtung; (b) eine Übersetzungsstufe mit einer Antriebswelle und einer Abtriebs-Antriebswelle zum Antreiben einer Last, wobei die Antriebswelle an die Abtriebswelle des Motors gekoppelt ist; (c) eine regenerative Ladestufe, wobei die regenerative Ladestufe einen Eingang zum Aufnehmen von Leistung aus der Übersetzungsstufe und zum Laden einer Energiespeichervorrichtung aufweist; (d) wobei die Übersetzungsstufe eine erste Differentialstufe und eine zweite Differentialstufe umfasst, wobei die erste Differentialstufe einen an die Antriebswelle gekoppelten Antriebsmechanismus aufweist, und die zweite Differentialstufe einen an die Abtriebs-Antriebswelle gekoppelten Antriebsmechanismus aufweist, und der Antriebsmechanismus für die erste Differentialstufe an den Antriebsmechanismus für die zweite Differentialstufe durch eine erste und zweite Differenti alwelle gekoppelt ist, wobei sich die Differentialwellen bei gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen drehen; (e) wobei die Übersetzungsstufe einen Generator umfasst, der an eine der Differentialwellen gekoppelt ist, wobei der Generator auf ein Steuereingangssignal zum Erzeugen einer Ausgangsleistung für die regenerative Ladestufe, zum Betreiben des Generators, der die Differentialwelle belastet, und zum Erzeugen einer Differenz in den Geschwindigkeiten der Differentialwellen responsiv ist, wobei der Antriebsmechanismus in der zweiten Differentialstufe den Unterschied an die Umdrehungsgeschwindigkeit der Getriebeabtriebswelle übersetzt.
  • In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Differentialgetriebemotor mit variablem Ausgangs-Drehmoment bereit, wobei der Differentialgetriebemotor Folgendes umfasst: (a) einen ersten Motor zum Antreiben einer Abtriebswelle mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit und zum Anlegen eines Antriebs-Rotationsdrehmoments an die Abtriebswelle; (b) einen zweiten Motor zum Antreiben einer Motorabtriebswelle bei Umdrehungsgeschwindigkeit und in gleicher Richtung wie die Abtriebswelle für den ersten Motor; (c) eine Drehmomentwandlerstufe, die an den Motor gekoppelt ist, um das Antriebs-Rotationsdrehmoment aus dem ersten Motor und dem zweiten Motor in ein Rotations-Drehmoment an einer Getriebeabtriebswelle zum Koppeln einer Last umzuwandeln; (d) wobei die Drehmomentwandlerstufe eine erste Differentialstufe umfasst, wobei die erste Differentialstufe eine Antriebswelle aufweist, wobei die erste Differentialstufe einen Getriebemechanismus zum Übersetzen des Rotations-Drehmoments aus der Antriebswelle an die erste und zweite Abtriebswelle aufweist und der Getriebemechanismus jede der Abtriebswellen bei gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzten Drehrichtungen antreibt; (e) wobei die Drehmomentwandlerstufe eine zweite Differentialstufe umfasst, wobei die zweite Differentialstufe eine an die erste Abtriebswelle der ersten Differentialstufe gekoppelte erste Antriebswelle und eine an die zweite Abtriebswelle der ersten Differentialstufe gekoppelte zweite Antriebswelle aufweist, und einen Getriebemechanismus zum Anlegen eines Rotations-Drehmoments an die Abtriebs-Antriebswelle umfasst, wenn eine Differenz zwischen den Umdrehungsgeschwindigkeiten der ersten und der zweiten Antriebswelle für die zweite Differentialstufe auftritt; (f) eine Eingangsstufe, die eine an die Abtriebswelle des ersten Motors gekoppelte erste Antriebswelle und eine an die Motorabtriebswelle des zweiten Motors gekoppelte zweite Antriebswelle aufweist, wobei die Eingangsstufe eine Abtriebswelle aufweist und die Abtriebswelle an die Antriebswelle der ersten Differentialstufe gekoppelt ist und die Eingangsstufe einen Getriebemechanismus zum Übersetzen des Rotations-Drehmoments aus der Motorabtriebswelle und der Abtriebswelle an die Abtriebswelle der Eingangsstufe umfasst; (g) einen Lastmechanismus, wobei der Lastmechanismus an eine der Antriebswellen auf der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist, wobei der Lastmechanismus auf ein Steuereingangssignal zum Belasten der Antriebswelle reagiert, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der zugehörigen Antriebswelle zu variieren.
  • Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung bei Durchsicht der folgenden Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen der Erfindung gemeinsam mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nun wird auf die beigelegten Zeichnungen Bezug genommen, die zur Veranschaulichung eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei:
  • 1(a) eine graphische Darstellung der Ausgangswirkungsgrad-Geschwindigkeits-Kurve für einen typischen Elektromotor ist;
  • 1(b) eine graphische Darstellung der Ausgangswirkungsgrads-Geschwindigkeits-Kurve für einen idealen Motor ist;
  • 2 ein Blockdiagramm eines Differentialgetriebemotors mit variabler Drehmomentwandlung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3(a) eine graphische Darstellung der Ausgangswirkungsgrads-Geschwindigkeits-Kurve für den Differentialgetriebemotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3(b) eine graphische Darstellung der Ausgangsdrehmoment-Geschwindigkeits-Kurve für den Differentialgetriebemotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
  • 4 ein Blockdiagramm eines Differentialgetriebemotors gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 5 ein Blockdiagramm eines Differentialgetriebemotors gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 6 ein Blockdiagramm eines Differentialgetriebemotors gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 7 ein schematisches Diagramm eines Wasserelektrolysesystems zur Bereitstellung einer chemischen Last in dem Differentialgetriebemotor gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Zunächst wird auf 2 Bezug genommen, die in Blockdiagrammform einen Differentialgetriebemotor mit variabler Drehmomentwandlung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei dieser im Allgemeinen mit der Bezugszahl 10 bezeichnet wird.
  • Wie in 2 dargestellt, umfasst der Differentialgetriebemotor 10 einen Elektromotor 12, einen mechanischen Planetenantrieb, der im Allgemeinen mit der Bezugszahl 13 bezeichnet ist und einen Konstantmotorgeschwindigkeitsregler 11. Der Planetenantrieb 13 umfasst einen ersten Differentialgetriebekasten 14 und einen zweiten Differentialgetriebekasten 16. Der erste Differentialgetriebekasten 14 weist eine Antriebswelle 20 auf, die an den Ausgang des Elektromotors 12 gekoppelt ist. Der Getriebekasten 14 weist eine erste 22 und zweite 24 Abtriebswelle auf. Die erste Abtriebswelle 22 ist an den Rotor des ersten Motors/Generators 26 gekoppelt, der, wie untenstehend detaillierter beschrieben wird, im Generatormodus betrieben wird. Auf ähnli che Weise ist die zweite Abtriebswelle 24 an den Rotor eines zweiten Motors/Rotors 28 gekoppelt, der ebenfalls im Generatormodus betrieben wird. Der zweite Differentialgetriebekasten 16 weist eine erste 30 und eine zweite 32 Antriebswelle und eine Abtriebswelle 34 auf. Die erste Antriebswelle 30 ist an den Rotor des ersten Generators 26 gekoppelt und die zweite Antriebswelle 32 ist an den Rotor des zweiten Generators 28 gekoppelt. Die Abtriebswelle 34 des Differentialgetriebekastens 16 stellt den Antriebsausgang für den Differentialgetriebemotor 10 bereit, wie untenstehend detaillierter beschrieben wird. Die Abtriebswelle 34 ist an eine Last 36, beispielsweise ein Autorad, gekoppelt und treibt diese an.
  • Der Elektromotor 12 wird mit kontinuierlicher Geschwindigkeit betrieben und weist eine Ausgangswelle 20 auf, die sich kontinuierlich in eine Richtung dreht, beispielsweise in die durch den Pfeil 21 angedeutete Richtung. Die Ausgangswelle 20 des Elektromotors 12 ist an die Eingangswelle des ersten Differentialgetriebekastens 14 gekoppelt. Der Elektromotor 12 dreht sich kontinuierlich, unabhängig von der Bewegung oder der fehlenden Bewegung der Ausgangswelle 34. Es ist jedoch klar, dass der Motor 12 angehalten oder abgebremst werden kann, wenn kein Bedarf an einer Ausgangsleistung besteht, beispielsweise wenn das Fahrzeug angehalten wird. Die Geschwindigkeit des Elektromotors 12 wird durch den Konstantmotorgeschwindigkeitsregler 11 festgelegt und gesteuert. Abgesehen von relativ kleinen Geschwindigkeitsanpassungen in Bezug auf den Elektromotor 12, die zur Maximierung des Wirkungsgrads als Funktion des Drehmoments erfolgen, wird der Geschwindigkeitsregler 11 so eingestellt, dass der Motor 12 mit kontinuierlicher Geschwindigkeit betrieben wird. Wenn anstelle eines Elektromotors oder zusätzlich zu dem Elektromotor (wie untenstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben) ein Benzinmotor eingesetzt wird, kann der Benzinmotor mit seiner effizientesten (z.B. hoher) Geschwindigkeit betrieben werden, während kleine Veränderungen der Motorgeschwindigkeit durch eine Variation der Lasten erfolgen, um den optimalen Wirkungsgrad aufrecht zu erhalten.
  • Die Abtriebswelle 34 dreht sich mit kontrollierter Geschwindigkeit, wobei die maximale Umdrehungsgeschwindigkeit typischerweise deutlich niedriger ist als die Ge schwindigkeit des Motors 12. Diese Anordnung für den Motor 10 stellt Geschwindigkeitsreduktion und Drehmomentwandlung in beiden Bewegungsrichtungen bereit. Wenngleich der Elektromotor 12 sich kontinuierlich dreht, kann die Abtriebswelle 34 vollständig stationär sein, ohne dass Kupplungen oder ähnliche Mechanismen eingesetzt werden, um den Elektromotor 12 von der Abtriebswelle 34 zu entkoppeln. Es ist klar, dass der Elektromotor 12 bei kontinuierlicher Umdrehung (mit relativ fixer Geschwindigkeit) betrieben wird, unabhängig davon, ob die Abtriebswelle 34 angehalten wird, sich vorwärts oder rückwärts dreht.
  • Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 34 kann zwischen keiner Geschwindigkeit und Vorwärts- und Rückwärtsgeschwindigkeitsbereichen kontinuierlich variiert werden. Eine Drehmomentwandlung wird an der Abtriebswelle 34 als Funktion des Verhältnisses der Elektromotorgeschwindigkeit geteilt durch die Abtriebswellengeschwindigkeit geschaffen (gesteigert), wobei der Wirkungsgradverlust in den beiden Differentialgetriebekästen 14, 16 und die Verluste, die in den Motoren/Generatoren 26, 28, den Batterielademodulen 40, 42 und dem Konstantmotorgeschwindigkeitsregler 11 und dem Regler 70 auftreten, nicht berücksichtigt werden.
  • Da der Wirkungsgrad des Elektromotors 12 mit einer spezifischen Kombination von Geschwindigkeit und Drehmoment zusammenhängt, gibt es für ein bestimmtes Drehmoment eines Elektromotors 12 eine Optimalgeschwindigkeit. Der Wirkungsgrad des Betriebs des Elektromotors 12 könnte auf dem Maximalwert gehalten werden, indem die Geschwindigkeit des Motors 12 in Abhängigkeit des gemessenen Motordrehmoments verändert wird, um den Wirkungsgrad des Betriebs zu maximieren.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ist die Abtriebswelle 20 des Elektromotors 12 an eine Antriebswelle 17 des ersten Differentialgetriebekastens 14 gekoppelt und treibt diese an. Die erste Abtriebswelle 22 des Differentialgetriebekastens 14 dreht sich in die durch den Pfeil 23 angedeutete Richtung und die zweite Abtriebswelle 24 dreht sich in die durch den Pfeil 25 angedeutete, entgegengesetzte Richtung. Da die Abtriebswelle 22 an den Rotor des ersten Generators 26 gekoppelt ist, dreht sich die erste Antriebswelle 30 an dem zweiten Differentialgetriebekasten 16 mit derselben Geschwindigkeit und in dieselbe Richtung, die durch den Pfeil 23 angedeutet ist. Auf ähnliche Weise dreht sich die zweite Antriebswelle 32 an dem Differentialgetriebekasten 16 mit derselben Geschwindigkeit und in dieselbe Richtung wie die Abtriebswelle 24.
  • Der Differentialgetriebekasten 14 umfasst einen Differentialgetriebeantrieb (nicht dargestellt) mit einer einzigen Antriebswelle 17 (d.h. an die Welle 20 gekoppelt) und doppelte Abtriebswellen (d.h. die Wellen 22 und 24) mit einem Geschwindigkeitsverhältnis von 1:1:1. Es ist klar, dass auch andere Verhältnisse eingesetzt werden können. Eine geeignete Anordnung für den Differentialgetriebekasten 14 umfasst einen Differentialgetriebeantrieb (nicht dargestellt) mit einer Welle, die an die Motorwelle 20 gekoppelt ist und durch eine rechtwinklige Achse mit zwei Kegelradgetrieben verbunden ist, die jeweils Wellen antreiben, die an die Abtriebswellen 22 und 24 gekoppelt sind. Ein ähnliches Differentialgetriebesystem, bis auf die Größe der Getriebe (nicht dargestellt), ist für den zweiten Differentialgetriebekasten 16 geeignet, wobei die beiden Kegelradgetriebe Wellen antreiben, die an die entsprechenden Antriebswellen 30 und 32 gekoppelt sind und durch eine rechtwinklige Achse mit einer Welle verbunden sind, die an die Abtriebswelle 34 gekoppelt ist. Die Antriebswelle 17 (an die Abtriebswelle 20 des Motors 12 gekoppelt) und die zwei Abtriebswellen 22 und 24 des ersten Differentialgetriebekastens 14 erfahren ein relativ geringes Drehmoment und der Drehmomentwert wird von den Wellen 30 und 32 geteilt. Bei dem zweiten Differentialgetriebekasten 16 trägt die Abtriebswelle 34 eine viel höhere Drehmomentlast, und demnach handelt es sich bei dem Differentialgetriebekasten 16 vorzugsweise um eine belastbarere Anordnung als bei dem Differentialgetriebekasten 14. Das Drehmoment an der Antriebswelle 17 wird durch das Verhältnis der Abtriebsgeschwindigkeit (d.h. der Geschwindigkeit der Ausgangswelle 34) geteilt durch die Antriebsgeschwindigkeit (d.h. die Geschwindigkeit der Antriebswelle 30) unter Berücksichtigung etwaiger Verluste angegeben.
  • Es ist klar, dass, wenn eine der Abtriebswellen 22 oder 24 in dem Differentialgetriebekasten 14 eine übermäßige Lastkraft aufweist, die der Drehung entgegenwirkt, die andere Welle 22 oder 24 ihre Umdrehungsgeschwindigkeit auf ein Maß steigert, dass die Ausgangswelle 22 oder 24, auf die die Last einwirkt, ihre Geschwindigkeit reduziert.
  • Wie oben beschrieben treiben die Abtriebswellen 22 und 24 die Antriebswellen 30 und 32 des zweiten Differentialgetriebekastens 16 an. Das Belasten einer der beiden Ausgangswellen 22 oder 24 ruft einen Unterschied zwischen den Umdrehungsgeschwindigkeiten der beiden Abtriebswellen 22 und 24 hervor, und dieser Unterschied der Umdrehungsgeschwindigkeiten besteht auch für die Antriebswellen 30 und 32 des zweiten Differentialgetriebekastens 16. Aufgrund der großen Geschwindigkeitsreduktion an der Abtriebswelle 34 bezogen auf die Geschwindigkeit des Motors 12 und der Wellen 20, 22 und der Wellen 30, 32, ist die Drehmomentlast auf einer der beiden Abtriebswellen 22 und 24 viel geringer als das von der Last auf den Abtriebswellen 22 und 24 produzierte Ausgangs-Drehmoment.
  • Die Wellen 30 und 32, die sich in die entgegengesetzte Richtung (wie durch die Pfeile 23 und 25 angezeigt) drehen, stellen einen Differentialeingang bereit, der die rotierenden Kegelzahnräder (nicht dargestellt) in dem Differentialgetriebekasten 16 antreibt. Die Kegelzahnräder (nicht dargestellt) sind mit der Abtriebswelle 34 verbunden. Diese Getriebeantriebsanordnung stellt sicher, dass, wenn sich zwei Antriebswellen 30 und 32 mit derselben Geschwindigkeit drehen, die Geschwindigkeit der Abtriebswelle 34 null ist. Wenn jedoch zwischen den beiden Antriebswellen 30 und 32 ein Unterschied in Bezug auf die relativen Geschwindigkeiten besteht, beispielsweise wenn eine der Wellen 30 oder 32 eine Last aufweist oder wenn eine der Wellen 30 oder 32 eine Last aufweist und auf die andere Welle 30 oder 32 eine elektrische Motorkraftlast einwirkt, die gesteuert wird, um an der Abtriebswelle 34 die erforderliche Abtriebsgeschwindigkeit bereitzustellen, dann verursacht die Last, dass die Welle 30 (oder 32) ihre Umdrehungsgeschwindigkeit reduziert und durch die Betätigung des Differentialgetriebesystems steigt die Geschwindigkeit der anderen Welle 32 (oder 30) an und die Differentialgeschwindigkeit zwischen den beiden Antriebswellen 30 und 32 wird auf die Abtriebswelle 34 durch den Differentialgetriebekasten 16 übertragen. Es ist klar, dass auch andere Getriebeanordnungen als Kegelradgetriebe eingesetzt werden können.
  • Wie oben beschrieben wird der Elektromotor 12 mit konstanter Geschwindigkeit berieben, die durch den Konstantmotorgeschwindigkeitsregler 11 gesteuert wird. Die konstante Geschwindigkeit des Motors 12 wird durch den Regler 11 in den Anordnungsgrenzen des Motors 10 unabhängig von dem Lastenergiebedarf, d.h. dem Drehmoment, und unabhängig von der Geschwindigkeit der Abtriebswelle 34 aufrechterhalten.
  • Der Mechanismus zur Erzeugung einer Differentialgeschwindigkeit zwischen den Antriebswellen 30 und 32 umfasst den Einsatz eines der Elektromotoren/Generatoren 26, 28 (die als Generatoren oder Motoren gemäß einer anderen Ausführungsform betrieben werden) zur Herstellung einer Last auf der zusammenhängenden Antriebswelle 30 oder 32. Wie oben beschrieben ist der Rotor des ersten Generators 26 an einem Ende direkt und fest mit der Abtriebswelle 22 des ersten Differentialgetriebekastens 14 und am anderen Ende an die Antriebswelle 30 des zweiten Differentialgetriebekastens 16 gekoppelt. Auf ähnliche Weise ist der Rotor des zweiten Generators 28 an einem Ende direkt an die Abtriebswelle 24 und am anderen Ende an die zweite Antriebswelle 32 gekoppelt. Der Rotor des ersten Generators 26 dreht sich mit derselben Geschwindigkeit wie die Abtriebswelle 22 und die Antriebswelle 30 des zweiten Differentialgetriebekastens 16. Auf ähnliche Weise dreht sich der Rotor des zweiten Generators 28 mit derselben Geschwindigkeit wie die Abtriebswelle 24 und die Antriebswelle 32 des Differentialgetriebekastens 16. Das Gehäuse der Generatoren 26, 28 ist jeweils fest an einer fixen Anordnung angebracht, wie die Gehäuse der Getriebekästen 14 und 16, um die Rotation der Gehäuse der Generatoren 26 und 28 zu verhindern.
  • Bei Außerachtlassen der Verluste in den Differentialgetriebekästen 14 und 16 ist klar, dass das entgegengesetzte Drehmoment, das erforderlich ist, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswellen 30 oder 32 zu reduzieren (oder die Geschwindigkeit einer der Wellen 30 oder 32 zu steigern) mit dem Ausgangs-Drehmoment zusammenhängt und durch das Verhältnis der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 12 dividiert durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 34 bestimmt (und wenn eine Welle belastet wird und die andere Welle angetrieben oder durch ei nen Motor angetrieben wird, braucht jede Differentialwelle ½ des Drehmoments). Bezogen auf dieses Verhältnis hat die hohe Geschwindigkeit, mit der der Motor 12 betrieben wird, bezogen auf die maximale Umdrehungsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 34, die erwünschte Wirkung, die maximale Belastungskraft, die erforderlich ist, um die erforderliche Umdrehungsgeschwindigkeit an der Abtriebswelle 34 zu produzieren, zu senken und ermöglicht vorteilhafterweise den Einsatz von relativ kleinen Motoren für die Generatoren 26 und 28. Diese Wirkung kann weiter gesteigert werden, wenn das Getriebeverhältnis zwischen den Motoren/Generatoren 26, 28 und den beiden entsprechenden Wellen 22, 30 und 24, 32 angewandt wird, so dass der Motor 26, 28 sich mit höherer Geschwindigkeit dreht.
  • Wie in 2 dargestellt umfasst der Differentialgetriebemotor 10 einen regenerativen Ladestromkreis, der im Allgemeinen mit der Bezugszahl 15 bezeichnet wird. Der regenerative Ladestromkreis 15 umfasst ein Paar Batterielademodule 40 und 42. Das erste Batterielademodul 40 ist mit dem Ausgang des ersten Motors/Generators 26 verbunden, und auf ähnliche Weise ist das zweite Batterielademodul 42 mit dem Ausgang des zweiten Motors/Generators 28 verbunden. Die Batterielademodule 40 und 42 sind mit einer Energiespeichervorrichtung 50, beispielsweise einer Batterie oder einer anderen geeigneten Vorrichtung, wie sie untenstehend beschrieben wird, verbunden und erzeugen regenerative Ladungsströme. Die regenerativen Ladungsströme werden in der Folge der Belastung der Abtriebs- und Antriebswellenpaare 22, 30 und 24, 32, beispielsweise beim Bremsen, Beschleunigen, Abbremsen oder zu einem beliebigen Zeitpunkt, zu dem die Geschwindigkeit der Abtriebswelle 34 einer Last ausgesetzt ist, erzeugt und dienen zur Optimierung des Wirkungsgrads des Elektromotors 12.
  • Bezugnehmend auf 2 ist der Ausgang des ersten Batterielademoduls 40 über eine Diode 60 mit dem einen Anschluss der Batterie 50 verbunden. Auf ähnliche Weise ist der Ausgang des zweiten Batterielademoduls 42 über eine zweite Diode 62 mit dem Anschluss der Batterie 50 verbunden. Der andere Anschluss der Batterie 50 ist mit den Rückkehreingängen der Batterielademodule 40 und 42 verbunden. Die Dioden 60 und 62 stellen sicher, dass die Ladeströme von den Batterielademodulen 40 und 42 zu der Batterie 50 und nicht zurück in eines der Batterielademodule 40 und 42 fließt. Es ist klar, dass die Dioden 60 und 62 durch andere funktionell entsprechende Komponenten ersetzt werden können.
  • Die Batterielademodule 40 und 42 sind jeweils an ein Reglermodul gekoppelt, das mit der Bezugszahl 70 bezeichnet ist. Eine Hauptfunktion des Reglermoduls 70 besteht darin, den Betrieb jedes Batterielademoduls 40 und 42 unabhängig zu steuern und den gewünschten Geschwindigkeitsausgang und die Umdrehung der Abtriebswelle 34 in die richtige Richtung, wie später detaillierter beschrieben wird, bereitzustellen. Zusätzlich zu der Steuerung der Batterielademodule 40 und 42 kann der Regler 70 auch geeignet eingestellt werden, um weitere Steuerfunktionen, wie untenstehend beschrieben, zu erfüllen.
  • Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 34 wird durch das Schaffen eines Unterschieds zwischen den Antriebswellen 30 und 32 an dem Differentialgetriebekasten 16 in Bezug auf die Umdrehungsgeschwindigkeiten gesteuert. Der Umdrehungsgeschwindigkeitsunterschied zwischen den Antriebswellen wird hervorgerufen, indem die Abtriebswelle 22 und die Antriebswelle 30 oder die Abtriebswelle 24 und die Antriebswelle 32 belastet werden. Wie nun detaillierter beschrieben wird umfasst das Belasten der Abtriebswelle 30 das Anwenden einer Kraft, die der Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle 22 und der Abtriebswelle 30 entgegengesetzt ist, indem der Motor/Generator 26 betrieben wird. Auf ähnliche Weise umfasst das Belasten der Abtriebswelle 32 das Anwenden einer Kraft, die der Umdrehungsrichtung der Antriebswelle 24 und der Abtriebswelle 32 entgegengesetzt ist durch den Betrieb des Motors/Generators 28. Wenn kein Stromfluss aus dem Generator 26 von dem Batterielademodul 40 angefordert wird, wird keine Last auf die Abtriebswelle 22 ausgeübt. Auf ähnliche Weise wird keine Last auf die Abtriebswelle 24 angelegt, wenn das Batterielademodul 42 keinen Strom von dem Generator 28 bezieht. Wenngleich die Rotoren der Generatoren 26 und 28 in der Folge der Umdrehung der Abtriebswelle 20 des Motors 12, die über den Differentialgetriebekasten 14 auf die Abtriebswellen 22 und 24 übertragen wird, rotieren, kommt es zu keiner Belastung, wenn kein Strom von einem der Generatoren 26 und 28 bezogen wird. Wie in 2 dargestellt umfasst die Antriebswelle 30 einen Geschwindigkeits- umfasst die Antriebswelle 30 einen Geschwindigkeits-/Drehmomentsensor 31, der dem Reglermodul 70 Geschwindigkeits- und/oder Drehmomentwerte am Ausgang F bereitstellt. Auf ähnliche Weise umfasst die andere Antriebswelle 32 einen Geschwindigkeits-/Drehmomentsensor 33, der dem Reglermodul 70 Geschwindigkeits- und/oder Drehmomentwerte am Ausgang G bereitstellt.
  • Strom wird von einem der Generatoren 26 oder 28 von dem Regler 70 bezogen, der eines der Batterielademodule 40 oder 42 aktiviert, um die Batterie 50 mit einem Ladestrom zu versorgen. Wenn das Batterielademodul 40 durch den Regler 70 aktiviert wird, wird das Batterielademodul 40 eingeschaltet und Strom wird von dem Generator 26 bezogen, um den Ladestrom zu produzieren, der durch die Diode 60 an die Batterie 50 ausgegeben wird. Auf ähnliche Weise führt die Aktivierung des Batterielademoduls 42 durch den Regler 70 dazu, dass das Batterielademodul 42 Strom von dem Generator 28 bezieht, um einen Ladestrom zu produzieren, der durch die Diode 62 der Batterie 50 zugeführt wird. In der Folge des Strombezugs erzeugt der Generator 26 eine Kraft, die der Umdrehung der Abtriebswelle 30 entgegengesetzt ist, und zu einer Veränderung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle 20 des Differentialgetriebekastens führt. Auf ähnliche Weise erzeugt der Generator 28 bei Aktivierung des zweiten Batterielademoduls 42 eine Kraft als Folge des Strombezugs, die der Umdrehung der Abtriebswelle 32 entgegengesetzt ist und zu einer Veränderung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle 32 des Differentialgetriebekastens 16 führt. Das Ausmaß der Kraft und die resultierende Last auf der Antriebswelle 30 oder 32 variiert in Abhängigkeit von der Strommenge die gesteuert durch den Regler 70 bezogen wird. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Antriebswellen 30 und 32 wird durch den Differentialgetriebekasten 16 auf die Abtriebswelle 34 übersetzt. Die Umdrehungsrichtung der Abtriebswelle 34 wird durch den Pfeil 35 angezeigt und ist davon abhängig, welcher Generator 26 oder 28 belastet wird. Auf diese Weise umfassen die Ladeströme, die von den Batterielademodulen 40 und 42 erzeugt werden, einen regenerativen Ladestrom, der aus der Kraft (Energie) gewonnen wird, die durch den Generator 26 oder 28 auf die Antriebswellen 22, 24 und die Abtriebswellen 30, 32 einwirkt, d.h. diese werden verlangsamt oder gebremst. Das Verlangsamen der Antriebswellen 22, 24 oder der Abtriebswellen 30, 32 steigert die Geschwindigkeit der entsprechenden Antriebswellen 24, 22 und Abtriebswellen 30, 32, und die Geschwindigkeit der Abtriebswelle 34 entspricht dem Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Differentialwellenpaaren 22, 30 und 24, 32.
  • Wie in 2 dargestellt umfasst der Differentialgetriebemotor 10 einen Geschwindigkeitssensor 90 und einen Drehmomentsensor 91. Der Geschwindigkeitssensor 90, der ein Tachometer umfassen kann, ist mit der Abtriebswelle 34 verbunden und erfasst die Umdrehungsgeschwindigkeit und -richtung der Abtriebwelle 34. Der Drehmomentsensor 91 erfasst das Ausgangs-Drehmoment der Abtriebswelle 34. Die Drehmoment- und Geschwindigkeitswerte für die Abtriebswelle 34 werden dem Batterieladeregler 70 in einer Rückführschleife 71 bereitgestellt. Der Batterieladeregler 70 umfasst vorzugsweise eine programmierbare Vorrichtung, wie z.B. einen Regler auf Mikroprozessor-Basis. Der Mikroprozessor ist geeigneterweise so programmiert, dass er ein Programm in Firmware ausführt, das eine Folge von Operationen umfasst, die die Betätigung der Batterielademodule 40 und 42 wie beschrieben steuert.
  • Bezugnehmend auf 2 steuern die Ausgangsspannungen der Batterielademodule 40, 42 das Ladeausmaß, das dem Unterschied zwischen dem Spannungsausgang und der Spannung der Batterie 50 entspricht. So funktionieren die Batterielademodule 40, 42 als variable Leistungsspannungsversorgungen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung können die Batterielademodule 40, 42 eine Einfach-Quadranten-Topologie aufweisen, was bedeutet, dass die Module 40, 42 die Leistung nur von den Motoren/Generatoren 26, 28 beziehen, d.h. die Motoren/Generatoren 26, 28 werden nur im Generatormodus genutzt, und die Leistung wird an die Batterie 50 weitergegeben. Die Batterielademodule 40, 42 können auch eine Zwei-Quadranten-Topologie umfassen, d.h., dass die Module 40, 42 die Leistung von dem Motor/Generator 26/28 beziehen können und sie an die Batterie 50 weiterleiten und zusätzlich dazu können die Batterielademodule 40, 42 Leistung von der Batterie 50 oder einer anderen Quelle beziehen und die Leistung dann an den Motor/Generator 26, 28 zurückliefern. Die Topologie mit zwei Quadranten ermöglicht es, dass die Motoren/Generatoren 26/28 im Motormodus betrieben werden.
  • Wie in 2 dargestellt weist der Batterieladeregler 70 entsprechende Steuerausgänge 73, 75 an den Batterielademodulen 40, 42 auf. Bei Betätigung misst der Regler 70 die Umdrehungsgeschwindigkeit und -richtung (Pfeil 35) an der Abtriebswelle 34 über den Drehmoment- und Geschwindigkeitssensor 90 und vergleicht den gemessenen Eingang mit dem Geschwindigkeitssteuereingang 74. Der Regler misst auch die Stromausgänge der Batterielademodule 40, 42 an den entsprechenden Eingängen 76, 78 und den Strom von der Batterie 50, der an den Motor 12 abgegeben wird, am Eingang 80. In Reaktion auf ein Signal an dem Geschwindigkeitssteuereingang 74 aktiviert der Batterieladeregler 70 das Batterielademodul 40 oder 42 und legt den Strombezug von dem Generator 26 oder 28 fest, um die entsprechende Antriebswelle 30 oder 32 zu belasten, um die erwünschte Umdrehungsgeschwindigkeit für die Abtriebswelle 34 zu erzielen. Der Batterieladeregler 70 nutzt den Ausgang des Geschwindigkeitssensors 90 zur Bestimmung der tatsächlichen Umdrehungsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 34 und wenn die tatsächliche Geschwindigkeit nicht im erwünschten Bereich des Geschwindigkeitssteuereingangs 74 liegt, wird der Strom, der von dem Batterielademodul 40 oder 42 bezogen wird, angepasst, um die Last auf der Antriebswelle 30 oder 32 durch den Generator 26 oder 28 zu variieren. Wenn die Ausgangsspannung der Batterielademodule 40 und 42, wie an den Eingängen 80, 82 zum Regler 70 gemessen, zeigt, dass die Batterie 50 vollständig geladen ist, beendet der Regler 70 den Ladevorgang der Batterie 50 durch die Batterielademodule 40, 42. Die resultierende Last der Batterielademodule 40, 42 wird entfernt und Rückflussstrom von der Batterie 50 zu den Batterielademodulen 40, 42 wird durch die Dioden 60, 62 blockiert.
  • Vorzugsweise ist der Regler 70 auf geeignete Weise programmiert, um das Ausmaß der Nutzung der Ausgangsspannung des Motors/Generators 26 zu steuern, die an den Motor/Generator 28 angelegt wird, um den Motor/Generator 26 im Generatormodus und den Motor/Generator 28 im Motormodus zu betreiben. Auf ähnliche Weise ist der Regler 70 auf geeignete Weise programmiert, um das Ausmaß der Nutzung der Ausgangsspannung des Motors/Generators 28 zu steuern, die an den Motor/Generator 26 angelegt wird, um den Motor/Generator 28 im Generatormodus und den Motor/Generator 26 im Motormodus zu betreiben.
  • Wie oben beschrieben wird durch den Strombedarf der Batterielademodule 40, 42 an den Generatoren 26 bzw. 28, gesteuert durch den Regler 70, ein regenerativer Ladestrom zum Laden der Batterie 50 gleichzeitig mit dem Drehmomentausgang der Abtriebswelle 34 erzeugt. Die Anordnung des Motors 10 erzeugt einen regenerativen Ladestrom für die Batterie 50, wann immer sich die Abtriebswelle 34 dreht, unabhängig davon, ob die Rotation mit konstanter Geschwindigkeit erfolgt, beschleunigt oder gebremst wird, rückwärts oder vorwärts erfolgt. Durch die Steigerung des Stromflusses in Bezug auf den Generator 26 oder 28, kann ein Bremsprozess für den Motor 10 erzielt werden. Während des Bremsprozesses wird ein regenerativer Ladestrom für die Batterie 50 gleichzeitig mit der Bremskraft, die auf die Abtriebswelle 34 einwirkt, durch das Belasten einer der Antriebswellen 30 oder 32 durch den entsprechenden Generator 26 oder 28 erzeugt.
  • Der Batterieladeregler 70 kann Anschlüsse für die Überwachung anderer Parameter, wie z.B. der Temperatur der Batterie 50, der Umgebungstemperatur, der Temperatur des Motors 12, der Luftfeuchtigkeit, aufweisen. Diese Parameter können eingesetzt werden, um die Effizienz der Energieumwandlungsprozesse in Zusammenhang mit dem Betreiben des Motors 10 zu optimieren.
  • In Fällen, in denen die Batterie 50 vollständig geladen ist oder der Elektromotor 12 durch einen Benzin- oder einen anderen Motor, der nicht elektrisch oder eine Batterie betrieben wird, ersetzt wird, oder die Quelle der elektrischen Energie eine Brennstoffzelle ohne Speicherfähigkeit für elektrische Energie oder die Last der Batterieladevorrichtungen 40, 42 eine chemische Last ist, wie z.B. ein Wasserelektrolysesystem 400, wie in 7 dargestellt, um Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen, kann der Differentialgetriebemotor 10 ein elektronisches Leistungsmodul umfassen, das in 2 mit der Bezugszahl 92 bezeichnet ist. Das elektronische Leistungsmodul 92 umfasst ein erstes und ein zweites Motorantriebsmodul, die mit Bezugszahlen 27 bzw. 29 bezeichnet sind. Das erste Motorantriebsmodul 27 ist über eine Steuerleitung mit dem Motor/Generator 26 gekoppelt, und auf ähnliche Weise ist das zweite Motorantriebsmodul 29 über eine andere Steuerleitung an den Motor/Generator 28 gekoppelt. Das Motorantriebsmodul 27 weist einen Steuereingang 31 auf, der an ei nen Steuersignalausgang 84 an dem Regler 70 gekoppelt ist. Das Motorantriebsmodul 27 umfasst auch einen Leistungseingang 33, der am Ausgang C an den Motor/Generator 26 gekoppelt ist und von diesem elektrische Leistung empfängt. Auf ähnliche Weise, weist das Motorantriebsmodul 27 einen Steuereingang 35 auf, der an einen Steuersignalausgang 86 an dem Regler 70 gekoppelt ist, sowie einen Leistungseingang 37, der am Ausgang D an den Motor/Generator 28 gekoppelt ist und von diesem elektrische Leistung empfängt.
  • Gesteuert durch den Regler 70 betätigt das elektronische Leistungsmodul 92, d.h. die Motorantriebsmodule 27, 29, die Motoren/Generatoren 26, 28 im Motor- und Generatormodus, wobei einer der Motoren/Generatoren 26, 28 als Motor betrieben wird und der andere Motor/Generator 26, 28 als Generator. Wenn das elektronische Leistungsmodul 92 beispielsweise den ersten Motor/Generator 26 im Generatormodus und den zweiten Motor/Generator 28 im Motormodus betriebt, lädt der erste Motor/Generator 26 die Welle 22/30 und stellt eine Quelle für elektrische Energie bereit. Die elektrische Leistung, die durch den Motor/Generator 26 erzeugt wird, wird dem Leistungseingang 33 des ersten Motorbetriebsmoduls 27 zugeführt. Das erste Motorbetriebsmodul 27 richtet die Leistung von dem ersten Generator 26 zu dem zweiten Motor/Generator 28, der als Motor betrieben wird. Der zweite Motor/Generator 28 wird in eine Richtung betrieben, die eine Differentialgeschwindigkeit zwischen den beiden Wellenpaaren 22/30 und 24/32 hervorruft, was wiederum zu einer angemessenen Rotation der Abtriebswelle 34 führt.
  • Es ist klar, dass die durch den Motor/Generator 26, 28, der gesteuert durch den entsprechenden Motorantrieb 27, 29 als Generator betrieben wird, erzeugte Energie die Energie bereitstellt, um den anderen Motor/Generator 26, 28 zu betreiben, wodurch die Quelle für die Rotationsenergie für das Betreiben der Abtriebswelle 34 bereitgestellt wird. Das Ergebnis ist ein hocheffizienter Energieumwandlungsmechanismus. Während etwas elektrische Energie für den Regler 70 und die Motorantreiber 27, 29 erforderlich ist, um die Steuerfunktion zu erfüllen, befindet sich die elektrische Energie auf dem "Signal-Level" und stellt so keinen signifikanten Aufwand dar.
  • Vorteilhafterweise kann das elektronische Leistungsmodul 92 durch den Regler 70 gemeinsam mit den Batterielademodulen 40, 42 gesteuert werden, um die Energieumwandlungsmechanismen des Differentialgetriebemotors 10 der vorliegenden Erfindung weiter zu verbessern. Der Regler 70 kann beispielsweise auf geeignete Weise programmiert sein, um die Batterielademodule 40, 42 zu betätigen, um die Belastung der entsprechenden Wellenpaare 22/30, 24/32 (wie oben für das Erzielen der Differentialgeschwindigkeit und der resultierenden Rotation der Abtriebswelle 34 beschrieben) auszuführen und die Batterie 50 nach Bedarf zu laden. Wenn die Batterie 50 auf geeignete Weise geladen wurde, wird das elektrische Leistungsmodul 92 eingesetzt, um die Motoren/Generatoren 26, 28 im Generator- und Motormodus zu betreiben, um die Differentialgeschwindigkeit zwischen den Wellenpaaren 22/30 und 24/32 wie oben beschrieben zu erzeugen.
  • Bezugnehmend auf 2 kann der Regler 70 einen Hochgeschwindigkeitsnetzwerkbus umfassen, der mit der Bezugszahl 94 bezeichnet ist. Der Hochgeschwindigkeitsnetzwerkbus 94 umfasst eine Feldbusnorm oder einen CAN-Feldbus und stellt einen Kommunikationspfad für die Kommunikation des Betätigungsstatus zwischen verschiedenen Differentialgetriebemotoren 10 bereit. Wenn jedes der Hinterräder (d.h. Last 36 in 2) beispielsweise an verschiedenen Differentialgetriebeelektromotoren 10 gekoppelt ist, ermöglicht der Bus 94 den Reglern 70 der entsprechenden Motoren 10, den jeweiligen Betätigungsstatus und die Parameter untereinander zu kommunizieren, wobei ein Ausgang eines Drehmonitors 96 einem jeden der Differentialgetriebemotoren 10 zugeordnet ist. Der Drehmonitor 96 ist an die Abtriebswelle 34 gekoppelt und misst den Drehradius und die Drehgeschwindigkeit der Abtriebswelle 34, um die optimale Differentialgeschwindigkeit des Rads, d.h. der Last 36, anzuzeigen. Vorteilhafterweise ermöglicht die Mitteilung von Betätigungsinformationen mit hoher Geschwindigkeit über den Bus 94, dass die Regler 70 der entsprechenden Differentialgetriebemotoren 10 Effizienzdaten, die erwünschte Geschwindigkeit, die Ausgangsgeschwindigkeit und Richtungsdaten miteinander teilen, was weiters eingesetzt werden kann, um die Betätigungseffizienz zu verbessern.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt stellt der Differentialgetriebemotor 10 wie oben beschrieben eine Vier-Quadranten-Bewegungserzeugung bereit. Wenn die Abtriebswelle 34 eine Last in eine Richtung mit einer bestimmten Geschwindigkeit antreibt, infolge dessen, dass eine der Antriebswellen 30 oder 32 durch den entsprechenden Generator 26 oder 28 belastet wird, kann die Geschwindigkeit unter vollständiger Steuerung gesenkt werden, indem die Last von der Antriebswelle entfernt wird, wobei beispielsweise die Antriebswelle 30 durch den Generator 36 belastet wird und gleichzeitig der andere Generator 28 eine Last auf der anderen Antriebswelle 32 erzeugen kann, um beispielsweise eine gesteuerte Bremskraft zu entwickeln, die durch den Differentialgetriebekasten 16 an die Abtriebswelle 34 übertragen wird. Es ist klar, dass diese Anordnung zwei Steuerquadranten darstellt. Da die Abtriebswelle 34 in vorwärts und rückwärts gedreht werden kann, wird die Anordnung des Motors 10 auf ein Bewegungssteuersystem mit 4 Quadranten ausgeweitet. Es ist klar, dass der Differentialgetriebeelektromotor 10 auch bei Anordnung des elektronischen Leistungsmoduls 92 weiterhin eine Bewegungssteuerung mit 4 Quadranten bereitstellt.
  • Wenn die Last 36, die mit der Abtriebswelle 34 verbunden ist, ein Kraftfahrzeugrad (oder -räder) umfasst, variiert der Drehmomentwert, der erforderlich ist, um eine bestimmte Rotationsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 34 aufrecht zu erhalten, und hängt von der Last 36 ab, beispielsweise von der Art der Straße, über die die Kraftfahrzeugräder rollen, den Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs etc. Bei dieser und anderen Anwendungen ist es wünschenswert, die erwünschte Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs unabhängig von der Last 36 an der Antriebswelle 34 konstant zu halten. Um die Geschwindigkeit konstant zu halten, wird die Last, die durch den Ladegenerator 26 oder 28 (in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung der Abtriebswelle 34) erzeugt wird, variiert, um das an der Abtriebswelle 34 erzeugte Rotationsdrehmoment zu verändern. Die Generatoren 26 oder 28 können auch so gesteuert werden, dass sie eine Bremswirkung erzielen. Wenn der Strombedarf am ersten Generator 26 beispielsweise auf Null gesenkt wird und ein Strombedarf auf den zweiten Generator 28 verlagert wird, um eine Bremskraft zu erzeugen, die auf die Abtriebswelle 34 wirkt, um die Geschwindigkeit des Rads/Kraftfahrzeugs beizubehalten, wenn es bergab fährt (oder eine Belastung aus einer anderen Quelle erfährt).
  • Die Anordnung der Planetengetriebe-Übersetzung 13 umfasst, wie oben beschrieben, zwei Motoren/Generatoren 26 und 28, die eine Last schaffen. Die beiden einzelnen Generatoren 26 und 28 ermöglichen die Produktion eines Drehmoments an der Abtriebswelle 34 in beiden Richtungen. Wenn die Übersetzung 13 einen einzigen Generator 26 oder 28 an einem der Abtriebs- und Antriebswellenpaare umfassen würde, könnte die Übersetzung 13 nur ein Drehmoment in eine Richtung erzeugen. In diesem Fall würde die Kraft zum Bremsen der Umdrehung der Abtriebswelle 34 aus der Reibung der Last 36, die an die Abtriebswelle 34 gekoppelt ist, und aufgrund der Reibungskräfte innerhalb des Differentialgetriebemotors 10 entstehen, wenn der Ladestrom an dem einen Generator 26 auf Null reduziert wird.
  • Repräsentative Wirkungsgrad-Ausgangsgeschwindigkeits-Kurven für den erfindungsgemäßen Differentialgetriebeelektromotor 10 sind in 3(a) dargestellt, und repräsentative Ausgangs-Drehmoment-Ausgangsgeschwindigkeits-Kurven für den Differentialgetriebeelektromotor 10 sind in 3(b) dargestellt. Bezugnehmend auf 3(a) entspricht die Ausgangseffizienz des Differentialgetriebeelektromotors 10 dem maximalen Wirkungsgrad des Motors 12 (wenn er durch den Regler 70 und 11 am Punkt des maximalen Wirkungsgrads betrieben wird, wobei Verluste in den Komponenten 14, 16, 30, 70, 40, 42, 27 und 29 außer Acht gelassen werden, wobei der maximale Wirkungsgrad von Elektromotoren erwartungsgemäß im Bereich von 80 % bis etwas weniger als 100 % liegt) in Vorwärtsrichtung (Kurve EF) und in Rückwärtsrichtung (Kurve ER). Bezugnehmend auf 3(b) ist klar, dass der Differentialgetriebeelektromotor 10 ein maximales Ausgangs-Drehmoment bereitstellt, das auf die Last (z.B. das Rad 36 in 2) bei allen Geschwindigkeiten in Vorwärts- (Kurve TF) und Rückwärtsrichtung (Kurve TR) angelegt wird.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfassen die Abtriebswelle 22 und die Antriebswelle 30 eingebettete Hochstromleiter, die der Rotor für einen Kurzschlussläufer-Motor/Generator werden. Die Abtriebswelle 22 und die Antriebswelle 30 sind aneinander gekoppelt, um den Rotor für den Generator 26 zu bilden und einen Generator des Kurzschlussläufer-Typs bereitzustellen. Auf ähnliche Weise kann der Rotor des zweiten Motors/Generators 28 durch die Verbindung der Abtriebswelle 24 und der Antriebswelle 32 und die Bildung eines Kurzschlussläufer-Motors/Generators auf den Wellen 24 und 32 ersetzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Energiespeichervorrichtung 50 in 2 andere Arten elektrischer Energiespeichervorrichtungen als eine Batterie 50 umfassen, wie z.B. eine Brennstoffzelle, ein elektrisch betriebenes Schwungrad, einen Superkondensator. Wenn ein elektrisch betriebenes Schwungrad eingesetzt wird, betreiben die Batterielademodule 40, 42 Motoren/Generatoren, die das rotierende Schwungradelement/die rotierenden Schwungradelemente antreiben, um die Umdrehungsgeschwindigkeit zu steigern und die Energie in Form kinetischer Energie zu speichern. Die gespeicherte Energie wird dann durch die Betätigung der Motoren/Generatoren im Generatormodus genutzt, um die kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Die Betätigung im Generatormodus reduziert die kinetische Energie, die in dem rotierenden Schwungrad gespeichert ist, indem die Rotation des Schwungrads gebremst wird.
  • Wenn die Batterie 50 durch eine Brennstoffzelle oder einen Wasserstoffgenerator zum Nutzen von Wasserstoff durch die Brennstoffzelle, wie in 7 dargestellt, ersetzt wird, kann die durch die Batterielademodule 40, 42 erzeugte Energie eingesetzt werden, um eine wirksam umkehrbare chemische Reaktion durch die Erzeugung eines sekundären Brennstoffs für die Brennstoffzelle oder andere Energieerzeugungsprozesse eingesetzt werden. Wenn die elektrische Energie beispielsweise eingesetzt werden würde, um Wasserstoff (oder andere energienützliche Chemikalien) zu erzeugen, kann dieser Wasserstoff durch die Brennstoffzelle zur Umwandlung in Elektrizität durch chemische Mittel eingesetzt werden. Es ist klar, dass das Abfallprodukt einer Brennstoffzelle Wasser ist, was das Wasser in der Zelle wieder auffüllen könne, wenngleich klar ist, dass diese Rückführungsschleife weniger als 100 % ausmacht. Alternativ dazu könnte elektrisch Energie eingesetzt werden, um chemische Energie zu erzeugen, die einen Brennstoff erzeugt, der für eine mechanische Energieumwandlung geeignet ist, wie z.B. ein Motor des Benzintyps. Der durch den oben beschriebenen Prozess gewonnene Wasserstoff könnte in einem Benzinmotor in Kom bination mit der Luftzufuhr eingesetzt werden, um den Wirkungsgrad des Motors und den Leistungsausgang zu steigern und toxische Emissionen zu reduzieren.
  • Nun wird auf 4 Bezug genommen, die eine Variation des Differentialgetriebemotors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 4 dargestellt, werden die Motoren/Generatoren 26, 28 und die regenerative Ladestromschaltung 15 durch ein System für mechanische Belastung und die Speicherung kinetischer Energie ersetzt, das im Allgemeinen mit der Bezugszahl 300 bezeichnet wird. Das mechanische Lastsystem 300 umfasst eine mechanische Schwungradspeichervorrichtung 302, die mit den Wellen 22/30, 24/32 über entsprechende mechanische Koppler 304 und 306 verbunden ist. Die mechanische Schwungradspeichervorrichtung kann ein einziges mechanisches Schwungrad umfassen oder, wie in 4 dargestellt, ein mechanisches Schwungrad für das erste Wellenpaar 22/30 und ein weiteres mechanisches Schwungrad 310 für das zweite Wellenpaar 24/32. Die mechanische Kopplung kann mechanische Mechanismen umfassen (z.B. Getriebe- und Antriebswellenkomponenten) oder alternativ dazu magnetische oder Hydraulikantriebkopplungsmechanismen.
  • In einer anderen Variation, die in 5 dargestellt ist, sind die Motoren/Generatoren 26/28 nicht mit einer regenerativen Ladestromschaltung 15 oder einer anderen Art einer Energiespeichervorrichtung verbunden. Statt dessen ist einer der Motoren/Generatoren 26, 28 mit einer elektrischen Last 320 verbunden, die durch den Regler 70 variiert werden kann. Die elektrische Last 320 kann einen elektronisch steuerbaren Widerstand oder einen variablen elektrischen Kurzschluss (z.B. Pulsbreiten-Modulation) umfassen. Die Anwendung der elektrischen Last 320 wird durch den Regler 70 gesteuert, der geeignete Steuersignale für die verschiedenen, angelegten Lasten an das Wellenpaar 22/30 oder 24/32 ausgibt, basierend auf der tatsächlichen oder gewünschten Ausgangsgeschwindigkeit der Abtriebswelle 34 (wie oben detaillierter beschrieben). Bei einer weiteren Variation kann es sich bei der Belastung der Wellenpaare 22/30, 24/32 um eine mechanische Last handeln, die beispielsweise durch einen Bremsreibungsmechanismus 322 (durch die gestrichelten Linien in 5 dargestellt) oder hydraulische oder Hydraulikantriebsmechanismen angelegt wird. Die Anwendung der mechanischen Last 322 wird durch den Regler 70 gesteuert. Es ist klar, dass, wenngleich solche Lastmechanismen wirksam zur Erzeugung eines Geschwindigkeitsdifferentials zwischen den Wellenpaaren 22/30, 24/32 sind, die angewandte Energie nicht rückgeführt werden kann.
  • Nun wird auf 6 Bezug genommen, die eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Differentialgetriebemotors zeigt, wobei diese im Allgemeinen mit der Bezugszahl 100 bezeichnet wird. Der Differentialgetriebemotor 100 umfasst, wie in 6 dargestellt, einen Gasmotor 110 oder eine andere geeignete Quelle für die Bereitstellung einer Drehbewegung sowie eine Abtriebswelle 111, die einen Drehmoment-Ausgang bereitstellt. Der Gasmotor 110 dient als Hilfsmotor und kann das Drehmoment, das durch den einzigen Elektromotor 12 bereitgestellt wird, ergänzen oder vorübergehend oder dauerhaft ersetzen. Der einzige Elektromotor 12 weist, wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, eine Abtriebswelle 20 auf, die auch einen Drehmoment-Ausgang bereitstellt.
  • Zusätzlich zu dem Elektromotor 12 und dem Gasmotor umfasst der Differentialgetriebemotor 100 einen Differentialgetriebekasten 112, eine Planetengetriebe-Übersetzung 13 (wie oben für 2 beschrieben) und eine regenerative Ladestromschaltung 15 (wie auch oben für 2 beschrieben). Der Differentialgetriebekasten 112 ist dem Differentialgetriebekasten 16 ähnlich, der oben für die Planetengetriebe-Übersetzung 13 beschrieben wurde, nur dass seine Betätigung der Wellen 20 und 111 in dieselbe Richtung erfolgt und die entsprechenden Drehmomente additiv sind. Der Differentialgetriebekasten 112 weist eine erste 114 und eine zweite 116 Antriebswelle und eine Abtriebswelle 118 auf. Die erste Antriebswelle 114 ist an die Abtriebswelle 20 des Elektromotors 20 gekoppelt, und auf ähnliche Weise ist die zweite Antriebswelle 116 an die Abtriebswelle 111 des Gasmotors 110 gekoppelt. Die Abtriebswelle 118 des Differentialgetriebekastens 112 ist an die Antriebswelle 21 des Differentialgetriebekastens 14 (2) in der Planetengetriebe-Übersetzung 13 gekoppelt. Der Drehmoment-Ausgang des Differentialgetriebemotors 100 wird durch eine Abtriebswelle 34 bereitgestellt, die sich in beide durch den Pfeil 35 angezeigte Richtungen drehen kann.
  • Bei dem Differentialgetriebekasten 112 drehen sich die Antriebswellen 114 und 116 mit derselben Geschwindigkeit wie die Abtriebswelle 118. Die Abtriebswelle 118 stellt einen Drehmomentausgang für die Planetengetriebe-Übersetzung 13 auf ähnliche Weise wie die Abtriebswelle 20 des Elektromotors 12, wie oben für 2 beschrieben, bereit. Bei dem Differentialgetriebemotor 100 kann das Verhältnis der Geschwindigkeit der Abtriebswelle 111 des Gasmotors 110 zu der Geschwindigkeit der Abtriebswelle 118 des Differentialgetriebekastens 112 anders als 1:1 sein, um die effektive Geschwindigkeit des Gasmotors 110 zu steigern oder zu reduzieren. Durch die Steigerung oder Reduktion der wirksamen Geschwindigkeit des Gasmotors 110, kann die Abtriebswelle 118 dazu veranlasst werden, sich mit derselben Geschwindigkeit (wie durch den Pfeil 119 angezeigt) zu drehen, wie die Abtriebswelle 20 des Elektromotors 12.
  • Die in 6 dargestellte Anordnung stellt die Fähigkeit bereit, den Gasmotor 110 gemeinsam mit dem Elektromotor 12 so zu nutzen, dass der Wirkungsgrad des Differentialgetriebemotors 100 insgesamt optimiert wird. Der Gasmotor 110 stellt einen zusätzlichen Drehmomenteingang bereit, der zu dem regenerativen Ladestrom zu der Batterie beiträgt, so dass in der Batterie 50 ein Nettozuwachs an gespeicherter Energie verzeichnet werden kann, wenn der Differentialgetriebeelektromotor 100 mehr Energie bereitstellt als durch die Ineffizienz der mit der Abtriebswelle 34 verbundenen Last verloren wird. In einem weiteren Aspekt kann der Gasmotor 110 als einzige Quelle für das Drehmoment zum Antreiben der Planetengetriebe-Übersetzung 13 eingesetzt werden, und auch die Batterie 50 über die regenerative Ladestromschaltung 15 laden, wobei das Ladesystem unter der Bedingung einer geladenen Batterie oder ein System ohne Batterie betrieben werden kann, um den Motorantriebvorrichtungen 27, 29 Leistung zuzuführen oder die Betätigung wie oben beschrieben erfolgt. In der Anordnung mit nur einem Gasmotor 110 kann der Gasmotor 110 so gesteuert werden, dass er sich mit seiner wirksamsten Geschwindigkeit (d.h. am Punkt seines optimalen Wirkungsgrads) dreht, wobei diese Geschwindigkeit leicht variiert wird, um den maximalen Wirkungsgrad des Motorantriebs unter Einfluss veränderter Lasten beizubehalten.
  • Die vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne dabei vom Geist oder den wesentlichen Eigenschaften der Erfindung abzuweichen. Bestimmte Anpassungen und Modifikationen der Erfindung sind für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offensichtlich. Aus diesem Grund sind die eben erläuterten Ausführungsformen als veranschaulichend zu erachten und nicht als einschränkend, wobei der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert wird und nicht durch die vorhergehende Beschreibung, und alle Veränderungen, die Teil des Umfangs der Bedeutung und der Reichweite der Ansprüche sind, sind deshalb von diesen eingeschlossen.

Claims (25)

  1. Differentialgetriebemotor mit variablem Ausgangs-Drehmoment, wobei der Differentialgetriebemotor Folgendes umfasst: (a) einen Motor zum Antreiben einer Abtriebswelle mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit und zum Anlegen eines Antriebs-Rotationsdrehmoments an die Abtriebswelle; (b) eine Drehmomentwandlerstufe, die mit dem Motor verbunden ist, um das Antriebs-Rotationsdrehmoment in ein Rotations-Drehmoment an einer Abtriebs-Antriebswelle zum Koppeln an eine Last, umzuwandeln; (c) wobei die Drehmomentwandlerstufe eine erste Differentialstufe umfasst, und wobei die erste Differentialstufe eine an eine Abtriebswelle des Motors gekoppelte Antriebswelle aufweist, und die erste Differentialstufe einen Getriebemechanismus zum Übersetzen des Rotations-Drehmoments von der Antriebswelle an eine erste und und zweite Abtriebswelle aufweist, und der Getriebemechanismus jede der Abtriebswellen mit gleicher Geschwindigkeit und in entgegengesetzten Drehrichtungen antreibt; (d) wobei die Drehmomentwandlerstufe eine zweite Differentialstufe aufweist, und wobei die zweite Differentialstufe eine an die erste Abtriebswelle der ersten Differentialstufe gekoppelte erste Antriebswelle und eine an die zweite Abtriebswelle der ersten Differentialstufe gekoppelte zweite Antriebswelle aufweist und einen Getriebemechanismus zum Anlegen eines Rotations-Drehmoments an die Abtriebs-Antriebswelle umfasst, wenn eine Differenz zwischen den Umdrehungsgeschwindigkeiten der ersten und zweiten Antriebswelle für die zweite Differentialstufe auftritt; (e) einen Lastmechanismus, wobei der Lastmechanismus an eine der Antriebswellen auf der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist, wobei der Lastmechanismus auf ein Steuereingangssignal zum Belasten der Antriebswelle responsiv ist, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der zugehörigen Antriebswelle zu variieren.
  2. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 1, worin der Motor einen elektrischen Motor umfasst und der elektrische Motor einen Konstantgeschwindigkeitsregler zum Betreiben des elektrischen Motors bei konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit in vorbestimmter Richtung umfasst.
  3. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 2, worin der Lastmechanismus einen elektrischen Generator mit einem Rotor umfasst, wobei ein Ende des Rotors an die Abtriebswelle der ersten Differentialstufe und das andere Ende des Rotors an die Antriebswelle der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist und der Lastmechanismus eine Last umfasst, die ausgebildet ist, um als Antwort auf das Steuereingangssignal aus dem elektrischen Generator einen Strom zu ziehen.
  4. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 3, worin die Last eine Batterieladeschaltung und eine Speicherbatterie umfasst, wobei die Batterieladeschaltung auf das Steuereingangssignal zur Erzeugung eines regenerativen Ladestroms zum Laden der Batterie responsiv ist, wobei die Batterie an den elektrischen Motor gekoppelt ist, um eine Energiespeichervorrichtung bereitzustellen.
  5. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 4, das ferner einen zweiten elektrischen Generator mit einem Rotor umfasst, wobei ein Ende des Rotors an die andere Abtriebswelle der ersten Differentialstufe und das andere Ende des Rotors an die andere Antriebswelle der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist, wobei der Generator als Antwort auf das durch die Antriebswelle und Abtriebswelle an den Rotor angelegte Rotations-Drehmoment eine Ausgangsleistung erzeugt.
  6. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 5, das ferner eine zweite Batterieladeschaltung umfasst, wobei die zweite Batterieladeschaltung einen an den Ausgang des zweiten Generators gekoppelten Eingang umfasst und die zweite Batterieladeschaltung zur Erzeugung eines regenerativen Ladestroms zum Laden der Batterie auf das Steuereingangssignal responsiv ist.
  7. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 3, worin die Abtriebswelle der ersten Differentialstufe und die Antriebswelle der zweiten Differentialstufe miteinander verbunden sind und die Abtriebs- und Antriebswelle einen eingebetteten Kurzschlussläufer umfassen und den Rotor für den elektrischen Generator bilden.
  8. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 3, worin die Last eine variable elektrische Widerstandslast umfasst, wobei die variable elektrische Widerstandslast auf das Steuereingangssignal responsiv ist, um die angelegte Last zu variieren.
  9. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 3, worin die Last eine elektrolytisch-chemische Stufe umfasst.
  10. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 1, worin der Lastmechanismus eine mechanische Bremsvorrichtung umfasst, wobei die mechanische Bremsvorrichtung an eine der Antriebswellen in der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist und die mechanische Bremsvorrichtung auf das Steuereingangssignal responsiv ist, um die an die Antriebswelle angelegte Bremslast zu variieren.
  11. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 2, das ferner einen Antriebsmechanismus umfasst, wobei der Antriebsmechanismus an die andere der Antriebswellen auf der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist, wobei der Antriebsmechanismus auf ein Antriebs-Steuereingangssignal zum Drehen der Antriebswelle bei einer variablen Umdrehungsgeschwindigkeit responsiv ist.
  12. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 11, worin der Lastmechanismus einen elektrischen Generator mit einem Rotor umfasst, wobei ein Ende des Rotors an die Abtriebswelle der ersten Differentialstufe und das andere Ende des Rotors an die Antriebswelle der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist und der elektrische Generator einen Ausgang zum Koppeln einer Last umfasst, die ausgebildet ist, um als Antwort auf das Steuereingangssignal aus dem elektrischen Generator einen Strom zu ziehen.
  13. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 12, worin der Antriebsmechanismus einen elektrischen Motor mit einem Rotor umfasst, wobei ein Ende des Rotors an die Abtriebswelle der ersten Differentialstufe und das andere Ende des Rotors an die Antriebswelle der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist und der elektrische Motor einen Eingang zum Koppeln des Ausgangs des elektrischen Generators und zum Ziehen eines Stroms aus dem elektrischen Generator als Antwort auf Antriebs-Steuereingangssignal umfasst.
  14. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 13, das ferner einen Regler zum Erzeugen des Steuereingangssignals und des Antriebs-Steuereingangssignals umfasst, wobei der Regler einen Generatorantrieb aufweist, der an den elektrischen Generator gekoppelt ist und auf das Steuereingangssignal responsiv ist, um den elektrischen Generator zum Belasten der Antriebswelle zu betreiben, wobei der Regler einen an den elektrischen Motor gekoppelten Motorantrieb umfasst und auf das Antriebs-Steuereingangssignal responsiv ist, um den elektrischen Generator zum Drehen der anderen Antriebswelle zu betreiben, und wobei der Regler einen an die Abtriebs-Antriebswelle gekoppelten Geschwindigkeitssensor zur Bestimmung der Drehgeschwindigkeit der Abtriebs-Antriebswelle umfasst.
  15. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 14, worin der Regler ferner einen Netzwerk-Kommunikationsbus umfasst, wobei der Netzwerk-Kommunikationsbus eine Schnittstelle mit einem anderen Differentialgetriebemotor bereitstellt.
  16. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 14, worin der Regler ferner einen an die Getriebeabtriebswelle gekoppelten Drehmomentsensor zur Bestimmung des Rotations-Drehmoments der Abtriebs-Antriebswelle umfasst.
  17. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 2, das ferner eine Eingangsstufe und einen zweiten Motor zum Antreiben einer Motorabtriebswelle umfasst, wobei die Eingangsstufe eine an die Abtriebswelle des ersten Motors gekoppelte erste Antriebswelle und eine an die Motorabtriebswelle des zweiten Motors gekoppelte zweite Antriebswelle umfasst, wobei die Eingangsstufe eine Abtriebswelle aufweist, und wobei die Abtriebswelle an die Antriebswelle der ersten Differentialstufe gekoppelt ist und die Eingangsstufe einen Getriebemechanismus zum Übersetzen des Rotations-Drehmoments von der Motorabtriebswelle und der Abtriebswelle an die Abtriebswelle der Eingangsstufe umfasst, wobei sich die Motorabtriebswelle für den zweiten Motor in die gleiche Richtung wie die Abtriebswelle für den ersten Motor dreht.
  18. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 17, worin der erste Motor einen elektrischen Motor und der zweite Motor einen Benzinmotor umfasst, wobei der elektrische Motor einen Konstantgeschwindigkeitsregler zum Betreiben des elektrischen Motors bei konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit in vorbestimmter Richtung umfasst.
  19. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 18, worin der Lastmechanismus einen elektrischen Generator mit einem Rotor umfasst, wobei ein Ende des Rotors an die Abtriebswelle der ersten Differentialstufe und das andere Ende des Rotors an die Antriebswelle der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist und der Lastmechanismus eine Last umfasst, die ausgebildet ist, um als Antwort auf das Steuereingangssignal aus dem elektrischen Generator einen Strom zu ziehen.
  20. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 19, worin die Last eine Batterieladeschaltung und eine Speicherbatterie umfasst, wobei die Batterieladeschaltung auf das Steuereingangssignal zur Erzeugung eines regenerativen Ladestroms zum Laden der Batterie responsiv ist, wobei die Batterie an den elektrischen Motor gekoppelt ist, um eine Energiespeichervorrichtung bereitzustellen.
  21. Differentialgetriebemotor mit variablem Drehmoment, wobei der Differentialgetriebemotor Folgendes umfasst: (a) einen Motor zum Antreiben einer Abtriebswelle bei konstanter Geschwindigkeit in vorbestimmter Richtung; (b) eine Übertragungsstufe mit einer Antriebswelle und einer Abtriebs-Antriebswelle zum Antreiben einer Last, wobei die Antriebswelle an die Abtriebswelle des Motors gekoppelt ist; (c) eine regenerative Ladestufe, wobei die regenerative Ladestufe einen Eingang zum Aufnehmen von Leistung aus der Übertragungsstufe und zum Laden einer Energiespeichervorrichtung aufweist; (d) wobei die Übertragungsstufe eine erste Differentialstufe und eine zweite Differentialstufe umfasst, wobei die erste Differentialstufe einen an die Antriebswelle gekoppelten Antriebsmechanismus aufweist, und die zweite Differentialstufe einen an die Abtriebs-Antriebswelle gekoppelten Antriebsmechanismus aufweist, und der Antriebsmechanismus für die erste Differentialstufe an den Antriebsmechanismus für die zweite Differentialstufe durch eine erste und zweite Differentialwelle gekoppelt ist, wobei sich die Differentialwellen bei gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen drehen; (e) wobei die Übertragungsstufe einen Generator umfasst, der an eine der Differentialwellen gekoppelt ist, wobei der Generator auf ein Steuereingangssignal zum Erzeugen einer Ausgangsleistung für die regenerative Ladestufe, zum Betreiben des Generators, der die Differentialwelle belastet, und zum Erzeugen einer Differenz in den Geschwindigkeiten der Differentialwellen responsiv ist, wobei der Antriebsmechanismus in der zweiten Differentialstufe den Unterschied an die Umdrehungsgeschwindigkeit der Getriebeabtriebswelle übersetzt.
  22. Differentialgetriebemotor mit variablem Drehmoment, wobei der Differentialgetriebemotor Folgendes umfasst: (a) einen ersten Motor zum Antreiben einer Abtriebswelle mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit und zum Anlegen eines Antriebs-Rotationsdrehmoments an die Abtriebswelle; (b) einen zweiten Motor zum Antreiben einer Motorabtriebswelle bei Umdrehungsgeschwindigkeit und in gleicher Richtung wie die Abtriebswelle für den ersten Motor; (c) eine Drehmomentwandlerstufe, die an den Motor gekoppelt ist, um das Antriebs-Rotationsdrehmoment aus dem erstem Motor und dem zweiten Motor in ein Rotations-Drehmoment an einer Getriebeabtriebswelle zum Koppeln einer Last umzuwandeln; (d) wobei die Drehmomentwandlerstufe eine erste Differentialstufe umfasst, wobei die erste Differentialstufe eine Antriebswelle aufweist, wobei die erste Differentialstufe einen Getriebemechanismus zum Übersetzen des Rotations-Drehmoments aus der Antriebswelle an die erste und zweite Abtriebswelle aufweist und der Getriebemechanismus jede der Abtriebswellen bei gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzten Drehrichtungen antreibt; (e) wobei die Drehmomentwandlerstufe eine zweite Differentialstufe umfasst, wobei die zweite Differentialstufe eine an die erste Abtriebswelle der ersten Differentialstufe gekoppelte erste Antriebswelle und eine an die zweite Abtriebswelle der ersten Differentialstufe gekoppelte zweite Antriebswelle aufweist, und einen Getriebemechanismus zum Anlegen eines Rotations-Drehmoments an die Abtriebs-Antriebswelle umfasst, wenn eine Differenz zwischen den Umdrehungsgeschwindigkeiten der ersten und der zweiten Antriebswelle für die zweite Differentialstufe auftritt; (f) eine Eingangsstufe, die eine an die Abtriebswelle des ersten Motors gekoppelte erste Antriebswelle und eine an die Motorabtriebswelle des zweiten Motors gekoppelte zweite Antriebswelle aufweist, wobei die Eingangsstufe eine Abtriebswelle aufweist und die Abtriebswelle an die Antriebswelle der ersten Differentialstufe gekoppelt ist und die Eingangsstufe einen Getriebemechanismus zum Übersetzen des Rotations-Drehmoments aus der Motorabtriebswelle und der Abtriebswelle an die Abtriebswelle der Eingangsstufe umfasst; (g) einen Lastmechanismus, wobei der Lastmechanismus an eine der Antriebswellen auf der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist, wobei der Lastmechanismus auf eine Steuereingangssignal zum Belasten der Antriebswelle reagiert, um die Umdrehungsgeschwindigkeit der zugehörigen Antriebswelle zu variieren.
  23. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 22, worin der erste Motor einen elektrischen Motor und der zweite Motor einen Benzinmotor umfasst, wobei der elektrische Motor einen Konstantgeschwindigkeitsregler zum Betreiben des elektrischen Motors bei konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit in vorbestimmter Richtung umfasst.
  24. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 23, worin der Lastmechanismus einen elektrischen Generator mit einem Rotor umfasst, wobei ein Ende des Rotors an die Abtriebswelle der ersten Differentialstufe und das andere Ende des Rotors an die Antriebswelle der zweiten Differentialstufe gekoppelt ist und der Lastmechanismus eine Last umfasst, die ausgebildet ist, um als Antwort auf das Steuereingangssignal aus dem elektrischen Generator einen Strom zu ziehen.
  25. Differentialgetriebemotor nach Anspruch 24, worin die Last eine Batterieladeschaltung und eine Speicherbatterie umfasst, wobei die Batterieladeschaltung auf das Steuereingangssignal zur Erzeugung eines regenerativen Ladestroms zum Laden der Batterie responsiv ist, wobei die Batterie an den elektrischen Motor gekoppelt ist, um als Energiespeichervorrichtung zu dienen.
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