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WO2015169276A1 - Drive for a mobile device, mobile device and control method - Google Patents

Drive for a mobile device, mobile device and control method Download PDF

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Publication number
WO2015169276A1
WO2015169276A1 PCT/DE2015/100059 DE2015100059W WO2015169276A1 WO 2015169276 A1 WO2015169276 A1 WO 2015169276A1 DE 2015100059 W DE2015100059 W DE 2015100059W WO 2015169276 A1 WO2015169276 A1 WO 2015169276A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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drive
internal combustion
combustion engine
actuator
drive shaft
Prior art date
Application number
PCT/DE2015/100059
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Holger WILLEKE
Original Assignee
Willeke Holger
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Willeke Holger filed Critical Willeke Holger
Priority to DE112015002178.7T priority Critical patent/DE112015002178A5/en
Publication of WO2015169276A1 publication Critical patent/WO2015169276A1/en

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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/10—Propulsion
    • B64U50/11—Propulsion using internal combustion piston engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/30—Aircraft characterised by electric power plants
    • B64D27/33—Hybrid electric aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D35/00—Transmitting power from power plants to propellers or rotors; Arrangements of transmissions
    • B64D35/02—Transmitting power from power plants to propellers or rotors; Arrangements of transmissions specially adapted for specific power plants
    • B64D35/021—Transmitting power from power plants to propellers or rotors; Arrangements of transmissions specially adapted for specific power plants for electric power plants
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    • B64D35/023—Transmitting power from power plants to propellers or rotors; Arrangements of transmissions specially adapted for specific power plants for electric power plants of hybrid-electric type of series-parallel type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 drive for a particular autonomously acting mobile device, comprising a drive shaft and an internal combustion engine connected to the drive shaft.
  • the invention also relates to a mobile device, in particular a multicopter, with at least one such drive.
  • the present invention comprises a control method for a drive.
  • Mobile devices exist as air, water and / or land vehicles.
  • Autonomously operating aircraft of mobile robots are, for example, so-called multicopters. These have several independently driven and down-acting propellers.
  • Internal combustion engine is the storage of the required energy inexpensive, easy and with a high energy density possible.
  • Devices in particular of robotics, for example in a multicopter, as proved disadvantageous, as an internal combustion engine to a changed requirement of torque and / or speed due to design responds with a delay. Since in many applications of mobile robots, for example, to achieve the flight stability in a multicopter, a possible delay-free response of the drive to a changed requirement of torque and / or speed is required, are used for the drive electric machines.
  • the disadvantage of the range and / or the running time of an electric machine is due to further developments and optimizations of
  • the invention has for its object to provide for a mobile device the ability to quickly, so within less than a second to provide a required setpoint torque and / or speed and at the same time to achieve a high range and / or running time of the device. This object is achieved with a device according to the features of
  • the basis of the invention is to connect an internal combustion engine with an actuator.
  • the internal combustion engine is assisted by the actuator with a drive power.
  • the internal combustion engine and the actuator thus provide so long together the required drive power until the internal combustion engine alone can provide the target value.
  • Actuator is the internal combustion engine or the entire drive of the device extremely delay, without limiting the benefits of the internal combustion engine.
  • a comparatively small capacity of the electric energy storage is required by the only needs-based operation of the actuator, whereby its own weight is comparatively low.
  • an electric machine which is preferably a brushless DC motor.
  • the electric machine can also be operated as a generator. It is particularly favorable that the internal combustion engine and the actuator are gearless coupled to the drive shaft. This makes it possible at the
  • Drive shaft immediately the desired speed and / or torque level to provide and to realize the drive light and compact.
  • a design can be realized by an axial arrangement of the internal combustion engine and the actuator.
  • the invention provides a drive which is superior to today's drive units in almost every respect in the respective field of use.
  • the invention makes it possible to provide a drive which has a good power-to-weight ratio, a long operating range and / or runtime, high efficiency and high reliability, because at least in the short term the operation of the mobile device depends exclusively on the
  • the low risk of failure allows high reliability, for example, in passenger, since in case of failure, such as
  • the actuator ensures safe emergency operation of the drive.
  • an accurate and fast control is essential for the desired low latency.
  • the invention enables several operating states for the drive. The basic operating conditions are described below.
  • the control is the setpoint of
  • the actuator can be operated as a generator by the drive power of the internal combustion engine is increased. Due to the generator operation of the actuator, the electrical (intermediate) memory, such as an accumulator or a capacitor, filled, so that sufficient electrical energy is kept ready for the next acceleration request. In the case of a required increase in performance, the regulation changes the
  • the actuator is operated as a motor. This happens until the setpoint is reached again or until the internal combustion engine alone provides the setpoint. For the motor Operation, the actuator is powered from the electrical (intermediate) memory with energy.
  • the control can increase the performance of the
  • the actuator is operated as a generator, so that torque and / or speed remain unchanged at the drive shaft.
  • This operating state serves to fill the electrical storage.
  • the regulation of the device or the drive can also be set up for a charge and discharge management of the memory.
  • the control uses the actuator, which then in the lower speed range a large
  • the invention provides an invasive control for an internal combustion engine which alone can not accomplish the latency requirements as one
  • the actuator coupled to the internal combustion engine can provide the same or higher power than the internal combustion engine over a short period of a few minutes, the actuator is unable to achieve the performance of the internal combustion engine over a long period of time. This is especially true in the different energy density of the different ones
  • Internal combustion engine and a preferably electric actuator allows a control which enables the internal combustion engine to meet even the requirements of a micro-copter.
  • the drive is not limited to a simple propeller, but can also be designed as a propeller turbine air jet engine. Furthermore, the drive can also be equipped with jet engines to further increase the drive power. In the context of this invention, an internal combustion engine should also be understood to mean turbines or jet engines.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a drive, in particular for a propeller
  • Fig. 2 is a schematic representation of the characteristics of different machines
  • Fig. 3 is a schematic representation of a control of the drive.
  • FIG. 1 shows a drive 1 for a mobile device 2, for example an aircraft, with a propeller 3.
  • the drive 1 comprises a drive shaft 4, an internal combustion engine 5 connected to the drive shaft 4 and an actuator 6.
  • the actuator 6 is an electric machine 16 a stator 7 and a rotor 8.
  • the stator 7 is rotatably connected to the device 2.
  • the rotor 8 is rotatably connected to the drive shaft 4.
  • the internal combustion engine 5 and the actuator 6 are gearless coupled to the drive shaft 4.
  • the actuator 6 is used to influence the torque and / or speed of the drive shaft 4, in particular while the internal combustion engine 5 does not provide a required setpoint torque and / or speed. This makes it possible to operate the drive 1 with a low latency and at the same time long range or runtime. In the case of the different deceleration behavior of
  • a flexible or rigid coupling 9 is arranged in the drive shaft 4 between the internal combustion engine 5 and the actuator 6, which can be made separable for maintenance purposes.
  • the internal combustion engine 5 has a crankshaft 17. Deviating from the illustrated arrangement, the order of the internal combustion engine 5 and the actuator 6 may also be reversed, so that the internal combustion engine 5 the
  • Propeller 3 is arranged adjacent.
  • FIG. 2 shows in a diagram the characteristics of different machines.
  • Diagrams are on the horizontal axis 10, the time and on the vertical axis 11, the speed specified. With a solid line, the requirement 12 of the speed is shown, which at the time t 0 of an output value A to a new setpoint S changes. With a dashed line, the characteristic curve 13 is one operated alone
  • Internal combustion engine 5 shown. It does not respond to the request between times t 0 and t i, and flatly approaches set point S between times t 1 and t 2.
  • the behavior of internal combustion engine 5 between times t 0 andreci is called a delay or latency.
  • the characteristic curve 14 of a solely operated electric machine 16 is shown. This shows a largely instantaneous, immediate response to the requirement 12.
  • Figure 3 shows schematically a control method for a drive 2 with a
  • Internal combustion engine 5 significantly influenced by the electric machine 16.
  • the resulting in a generator operation of the electric machine 16 electrical energy is collected in an electrical energy storage 18 and taken for a motorized operation of the electric machine 16 therefrom.

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  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to a drive (1) for an autonomously acting mobile device (2), comprising an input shaft (4), an internal combustion engine (5) which is connected to the input shaft (4) and an actuating drive (6) for influencing torque and/or rotational speed of the input shaft (4). Said internal combustion engine (5) and the actuating drive (6) are coupled to the drive shaft (4) gearlessly.

Description

Antrieb für eine mobile Vorrichtung, mobile Vorrichtung und Steuerungsverfahren  Drive for a mobile device, mobile device and control method

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine insbesondere autonom agierende mobile Vorrichtung, umfassend eine Antriebswelle und eine mit der Antriebswelle verbundene Verbrennungskraftmaschine. Die Erfindung betrifft auch eine mobile Vorrichtung, insbesondere einen Multicopter, mit wenigstens einem solchen Antrieb. The invention relates to a drive for a particular autonomously acting mobile device, comprising a drive shaft and an internal combustion engine connected to the drive shaft. The invention also relates to a mobile device, in particular a multicopter, with at least one such drive.

Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein Steuerungsverfahren für einen Antrieb. Mobile Vorrichtungen gibt es als Luft-, Wasser- und/oder Landfahrzeuge. Autonom agierende Luftfahrzeuge der Mobilrobotik sind beispielsweise sogenannte Multicopter. Diese haben mehrere unabhängig voneinander angetriebene und nach unten wirkende Propeller. Furthermore, the present invention comprises a control method for a drive. Mobile devices exist as air, water and / or land vehicles. Autonomously operating aircraft of mobile robots are, for example, so-called multicopters. These have several independently driven and down-acting propellers.

Üblicherweise werden Vorrichtungen der Mobilrobotik von Elektromaschinen angetrieben. Diese haben jedoch den Nachteil, dass die Speicherung der für die Elektromaschine benötigten Energie aufwendig, kostenintensiv und mit einem hohen Eigengewicht verbunden ist. Um eine hohe Reichweite oder Laufzeit einer mobilen Vorrichtung zu erreichen, ist es bekannt, eine Verbrennungskraftmaschine als Antrieb zu verwenden. Bei der Usually mobile robotic devices are powered by electric machines. However, these have the disadvantage that the storage of the energy required for the electric machine consuming, costly and is associated with a high weight. In order to achieve a high range or running time of a mobile device, it is known to use an internal combustion engine as a drive. In the

Verbrennungskraftmaschine ist die Speicherung der benötigten Energie preiswert, einfach und mit einer hohen Energiedichte möglich. Internal combustion engine is the storage of the required energy inexpensive, easy and with a high energy density possible.

Jedoch hat sich die Verwendung von Verbrennungskraftmaschinen bei mobilen However, the use of internal combustion engines has become more mobile

Vorrichtungen, insbesondere der Robotik, beispielsweise bei einem Multicopter, als nachteilig erwiesen, da eine Verbrennungskraftmaschine auf eine geänderte Anforderung von Drehmoment und/oder Drehzahl bauartbedingt mit einer Verzögerung reagiert. Da bei vielen Anwendungen der Mobilrobotik, beispielsweise zum Erreichen der Flugstabilität bei einem Multicopter, eine möglichst verzögerungsfreie Reaktion des Antriebes auf eine geänderte Anforderung von Drehmoment und/oder Drehzahl erforderlich ist, werden für den Antrieb Elektromaschinen eingesetzt. Der Nachteil bei der Reichweite und/oder der Laufzeit bei einer Elektromaschine wird durch Weiterentwicklungen und Optimierungen der Devices, in particular of robotics, for example in a multicopter, as proved disadvantageous, as an internal combustion engine to a changed requirement of torque and / or speed due to design responds with a delay. Since in many applications of mobile robots, for example, to achieve the flight stability in a multicopter, a possible delay-free response of the drive to a changed requirement of torque and / or speed is required, are used for the drive electric machines. The disadvantage of the range and / or the running time of an electric machine is due to further developments and optimizations of

Elektromaschine und/oder des Energiespeichers reduziert. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine mobile Vorrichtung die Möglichkeit zu schaffen, schnell, also innerhalb weniger als einer Sekunde, einen angeforderten Sollwert von Drehmoment und/oder Drehzahl bereitzustellen und zugleich eine hohe Reichweite und/oder Laufzeit der Vorrichtung zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen derElectric machine and / or the energy storage reduced. The invention has for its object to provide for a mobile device the ability to quickly, so within less than a second to provide a required setpoint torque and / or speed and at the same time to achieve a high range and / or running time of the device. This object is achieved with a device according to the features of

Ansprüche 1 und 7 und/oder mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruches 9 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen. Claims 1 and 7 and / or solved by a method according to the features of claim 9. The further embodiment of the invention can be found in the dependent claims.

Grundlage der Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Stellantrieb zu verbinden. In dem Zeitraum der Verzögerung der Verbrennungskraftmaschine zwischen einer Anforderung und der Bereitstellung des angeforderten Sollwertes von Drehmoment und/oder Drehzahl wird die Verbrennungskraftmaschine von dem Stellantrieb mit einer Antriebsleistung unterstützt. Die Verbrennungskraftmaschine und der Stellantrieb liefern also so lange gemeinsam die erforderliche Antriebsleistung, bis die Verbrennungskraftmaschine alleine den Sollwert bereitstellen kann. Durch die Verwendung des zusätzlichen The basis of the invention is to connect an internal combustion engine with an actuator. In the period of delay of the internal combustion engine between a request and the provision of the requested setpoint value of torque and / or speed, the internal combustion engine is assisted by the actuator with a drive power. The internal combustion engine and the actuator thus provide so long together the required drive power until the internal combustion engine alone can provide the target value. By using the additional

Stellantriebes wird die Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise der gesamte Antrieb der Vorrichtung extrem verzögerungsarm, ohne die Vorteile der Verbrennungskraftmaschine einzuschränken. Zudem ist durch den lediglich bedarfsweisen Betrieb des Stellantriebes eine vergleichsweise geringe Kapazität des elektrischen Energiespeichers erforderlich, wodurch dessen Eigengewicht vergleichsweise gering ist.  Actuator is the internal combustion engine or the entire drive of the device extremely delay, without limiting the benefits of the internal combustion engine. In addition, a comparatively small capacity of the electric energy storage is required by the only needs-based operation of the actuator, whereby its own weight is comparatively low.

Als Stellantrieb wird eine Elektromaschine eingesetzt, welche vorzugsweise ein bürstenloser Gleichstrommotor ist. Die Elektromaschine kann auch als Generator betrieben werden. Besonders günstig ist es, dass die Verbrennungskraftmaschine und der Stellantrieb getriebelos mit der Antriebswelle gekoppelt sind. Hierdurch ist es möglich, an der As an actuator, an electric machine is used, which is preferably a brushless DC motor. The electric machine can also be operated as a generator. It is particularly favorable that the internal combustion engine and the actuator are gearless coupled to the drive shaft. This makes it possible at the

Antriebswelle unverzüglich das gewünschte Drehzahl- und/oder Drehmoment-Niveau bereitzustellen und den Antrieb leicht und kompakt zu realisieren. Beispielsweise kann eine solche Bauform durch eine axiale Anordnung der Verbrennungskraftmaschine und des Stellantriebes realisiert werden. Die Erfindung liefert einen Antrieb, welcher den heutigen Antriebseinheiten in fast jeder Hinsicht in dem jeweiligen Einsatzgebiet überlegen ist. So ermöglicht die Erfindung, einen Antrieb bereitzustellen, welcher ein gutes Leistungsgewicht, eine hohe Reichweite und/oder Laufzeit, einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Ausfallsicherheit aufweist, weil zumindest kurzfristig der Betrieb der mobilen Vorrichtung ausschließlich von der Drive shaft immediately the desired speed and / or torque level to provide and to realize the drive light and compact. For example, such a design can be realized by an axial arrangement of the internal combustion engine and the actuator. The invention provides a drive which is superior to today's drive units in almost every respect in the respective field of use. Thus, the invention makes it possible to provide a drive which has a good power-to-weight ratio, a long operating range and / or runtime, high efficiency and high reliability, because at least in the short term the operation of the mobile device depends exclusively on the

Verbrennungskraftmaschine oder dem Stellantrieb aufrechterhalten werden kann. Internal combustion engine or the actuator can be maintained.

Insbesondere das geringe Ausfallrisiko ermöglicht eine hohe Betriebssicherheit, zum Beispiel beim Personenflug, da im Falle eines Ausfalles, beispielsweise der In particular, the low risk of failure allows high reliability, for example, in passenger, since in case of failure, such as

Verbrennungskraftmaschine, der Stellantrieb einen sicheren Notbetrieb des Antriebes gewährleistet. Internal combustion engine, the actuator ensures safe emergency operation of the drive.

Bei der Erfindung ist eine exakte und schnelle Regelung essentiell für die angestrebte geringe Latenz. Die Erfindung ermöglicht mehrere Betriebszustände für den Antrieb. Die grundlegenden Betriebszustände sind im Folgenden beschrieben. In the invention, an accurate and fast control is essential for the desired low latency. The invention enables several operating states for the drive. The basic operating conditions are described below.

Bei einer erforderlichen Leistungsminderung wird die Regelung den Sollwert von For a required power reduction, the control is the setpoint of

Drehmoment und/oder Drehzahl erhalten oder einstellen, indem der Stellantrieb die Get or set torque and / or speed by the actuator the

Antriebswelle bremst und dabei eine Generatorleistung nutzbar ist. Aber auch bei konstanter Drehzahl der Antriebswelle kann der Stellantrieb als Generator betrieben werden, indem die Antriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine erhöht wird. Durch den generatorischen Betrieb des Stellantriebes wird der elektrische (Zwischen-) Speicher, beispielsweise ein Akkumulator oder ein Kondensator, gefüllt, sodass ausreichend elektrische Energie für die nächste Beschleunigungsanforderung bereitgehalten ist. Bei einer erforderlichen Leistungssteigerung wird mittels der Regelung der geänderteDrive shaft brakes while a generator power is available. But even at a constant speed of the drive shaft, the actuator can be operated as a generator by the drive power of the internal combustion engine is increased. Due to the generator operation of the actuator, the electrical (intermediate) memory, such as an accumulator or a capacitor, filled, so that sufficient electrical energy is kept ready for the next acceleration request. In the case of a required increase in performance, the regulation changes the

Sollwert von Drehmoment und/oder Drehzahl dadurch eingestellt, dass der Stellantrieb die Antriebswelle oder die Verbrennungskraftmaschine beschleunigt. Falls mittels der Regelung eine unerwünschte Abweichung des gemessenen Istwertes der Drehzahl der Setpoint of torque and / or speed set by the actuator accelerating the drive shaft or the internal combustion engine. If by means of the control an undesirable deviation of the measured actual value of the speed of

Verbrennungskraftmaschine oder der Antriebswelle von dem Sollwert erfasst wird, wird der Stellantrieb als Motor betrieben. Dies geschieht so lange, bis der Sollwert wieder erreicht ist oder bis die Verbrennungskraftmaschine allein den Sollwert bereitstellt. Für den motorischen Betrieb wird der Stellantrieb aus dem elektrischen (Zwischen-) Speicher mit Energie versorgt. Internal combustion engine or the drive shaft is detected by the target value, the actuator is operated as a motor. This happens until the setpoint is reached again or until the internal combustion engine alone provides the setpoint. For the motor Operation, the actuator is powered from the electrical (intermediate) memory with energy.

Auch ohne eine Änderung des Sollwertes von Drehmoment und/oder Drehzahl an der Antriebswelle kann die Regelung eine Leistungssteigerung bei der Even without a change in the setpoint value of torque and / or speed on the drive shaft, the control can increase the performance of the

Verbrennungskraftmaschine vorsehen, wobei zugleich im selben Maß der Stellantrieb generatorisch betrieben wird, sodass Drehmoment und/oder Drehzahl an Antriebswelle unverändert bleiben. Dieser Betriebszustand dient dazu, den elektrischen Speicher aufzufüllen. Die Regelung der Vorrichtung oder des Antriebes kann auch für ein Lade- und Entlade-Management des Speichers eingerichtet sein.  Provide internal combustion engine, at the same time the actuator is operated as a generator, so that torque and / or speed remain unchanged at the drive shaft. This operating state serves to fill the electrical storage. The regulation of the device or the drive can also be set up for a charge and discharge management of the memory.

Bei einem Fehlerfall, also wenn eine der beiden im Antrieb befindlichen Komponenten (Stellantrieb oder Verbrennungskraftmaschine) ausfällt, ist die andere Komponente in der Lage, ausreichend Leistung an die Antriebswelle abzugeben, um einen sicheren Notbetrieb zu gewährleisten. In case of failure, so if one of the two components in the drive (actuator or internal combustion engine) fails, the other component is able to deliver sufficient power to the drive shaft to ensure safe emergency operation.

Zum Anlassen des Antriebes, insbesondere der Verbrennungskraftmaschine, nutzt die Regelung den Stellantrieb, welcher dann im unteren Drehzahlbereich ein großes To start the drive, in particular the internal combustion engine, the control uses the actuator, which then in the lower speed range a large

Drehmoment erzeugt. Torque generated.

Die Erfindung ermöglicht eine invasive Regelung für eine Verbrennungskraftmaschine, welche alleinstehend nicht die Latenzanforderungen vollbringen kann wie eine The invention provides an invasive control for an internal combustion engine which alone can not accomplish the latency requirements as one

Elektromaschine. Der mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelte Stellantrieb kann zwar über eine kurze Zeitspanne von einigen Minuten dieselbe oder eine höhere Leistung bereitstellen als die Verbrennungskraftmaschine, jedoch ist der Stellantrieb über eine lange Zeitspanne nicht in der Lage, die Leistung der Verbrennungskraftmaschine zu erreichen. Dies ist insbesondere in der unterschiedlichen Energiedichte der verschiedenen Electric machine. Although the actuator coupled to the internal combustion engine can provide the same or higher power than the internal combustion engine over a short period of a few minutes, the actuator is unable to achieve the performance of the internal combustion engine over a long period of time. This is especially true in the different energy density of the different ones

Speichersysteme begründet. Doch gerade die erfindungsgemäße Kombination von Storage systems justified. But just the combination of

Verbrennungskraftmaschine und einem vorzugsweise elektrischen Stellantrieb ermöglicht eine Regelung, welche die Verbrennungskraftmaschine in die Lage versetzt, sogar den Anforderungen eines Microcopters gerecht zu werden. Internal combustion engine and a preferably electric actuator allows a control which enables the internal combustion engine to meet even the requirements of a micro-copter.

Der Antrieb ist dabei nicht auf einen einfachen Propeller beschränkt, sondern kann auch als ein Propellerturbinenluftstrahltriebwerk ausgeführt sein. Weiterhin kann der Antrieb auch mit Düsentriebwerken ausgestattet sein, um die Antriebleistung weiter zu erhöhen. Unter einer Verbrennungskraftmaschine sollen dabei im Sinne dieser Erfindung auch Turbinen oder Strahltriebwerke verstanden werden. The drive is not limited to a simple propeller, but can also be designed as a propeller turbine air jet engine. Furthermore, the drive can also be equipped with jet engines to further increase the drive power. In the context of this invention, an internal combustion engine should also be understood to mean turbines or jet engines.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in The invention allows for various embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebes, insbesondere für einen Propeller; Fig. 2 eine schematische Darstellung der Kennlinien unterschiedlicher Maschinen; Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Steuerung des Antriebes. Fig. 1 is a schematic representation of a drive, in particular for a propeller; Fig. 2 is a schematic representation of the characteristics of different machines; Fig. 3 is a schematic representation of a control of the drive.

Figur 1 zeigt einen Antrieb 1 für eine mobile Vorrichtung 2, beispielsweise ein Luftfahrzeug, mit einem Propeller 3. Der Antrieb 1 umfasst eine Antriebswelle 4, eine mit der Antriebswelle 4 verbundene Verbrennungskraftmaschine 5 und einen Stellantrieb 6. Der Stellantrieb 6 ist eine Elektromaschine 16 mit einem Stator 7 und einem Rotor 8. Der Stator 7 ist drehfest mit der Vorrichtung 2 verbunden. Der Rotor 8 ist drehfest mit der Antriebswelle 4 verbunden. Die Verbrennungskraftmaschine 5 und der Stellantrieb 6 sind getriebelos mit der Antriebswelle 4 gekoppelt. Der Stellantrieb 6 dient der Beeinflussung von Drehmoment und/oder Drehzahl der Antriebswelle 4, insbesondere während die Verbrennungskraftmaschine 5 einen geforderten Sollwert von Drehmoment und/oder Drehzahl nicht bereitstellt. Hierdurch ist es möglich, den Antrieb 1 mit einer geringen Latenz und zugleich hoher Reichweite oder Laufzeit zu betreiben. Um die bei dem unterschiedlichen Verzögerungsverhalten von FIG. 1 shows a drive 1 for a mobile device 2, for example an aircraft, with a propeller 3. The drive 1 comprises a drive shaft 4, an internal combustion engine 5 connected to the drive shaft 4 and an actuator 6. The actuator 6 is an electric machine 16 a stator 7 and a rotor 8. The stator 7 is rotatably connected to the device 2. The rotor 8 is rotatably connected to the drive shaft 4. The internal combustion engine 5 and the actuator 6 are gearless coupled to the drive shaft 4. The actuator 6 is used to influence the torque and / or speed of the drive shaft 4, in particular while the internal combustion engine 5 does not provide a required setpoint torque and / or speed. This makes it possible to operate the drive 1 with a low latency and at the same time long range or runtime. In the case of the different deceleration behavior of

Verbrennungskraftmaschine 5 und Stellantrieb 6 auftretenden hohen Drehmomente zwischen den beiden Komponenten des Antriebes 1 übertragen zu können, ist in der Antriebswelle 4 zwischen der Verbrennungskraftmaschine 5 und dem Stellantrieb 6 eine elastische oder starre Kupplung 9 angeordnet, die zu Wartungszwecken trennbar ausgeführt sein kann. Die Verbrennungskraftmaschine 5 hat eine Kurbelwelle 17. Abweichend von der dargestellten Anordnung kann die Reihenfolge der Verbrennungskraftmaschine 5 und des Stellantriebes 6 auch umgekehrt sein, sodass die Verbrennungskraftmaschine 5 dem Internal combustion engine 5 and actuator 6 to be transmitted high torques between the two components of the drive 1, a flexible or rigid coupling 9 is arranged in the drive shaft 4 between the internal combustion engine 5 and the actuator 6, which can be made separable for maintenance purposes. The internal combustion engine 5 has a crankshaft 17. Deviating from the illustrated arrangement, the order of the internal combustion engine 5 and the actuator 6 may also be reversed, so that the internal combustion engine 5 the

Propeller 3 benachbart angeordnet ist. Propeller 3 is arranged adjacent.

Figur 2 zeigt in einem Diagramm die Kennlinien unterschiedlicher Maschinen. In dem FIG. 2 shows in a diagram the characteristics of different machines. By doing

Diagramm sind auf der horizontalen Achse 10 die Zeit und auf der vertikalen Achse 11 die Drehzahl angegeben. Mit einer durchgezogenen Linie ist die Anforderung 12 der Drehzahl dargestellt, welche sich im Zeitpunkt t0 von einem Ausgangswert A auf einen neuen Sollwert S ändert. Mit einer gestrichelten Linie ist die Kennlinie 13 einer allein betriebenen Diagram are on the horizontal axis 10, the time and on the vertical axis 11, the speed specified. With a solid line, the requirement 12 of the speed is shown, which at the time t 0 of an output value A to a new setpoint S changes. With a dashed line, the characteristic curve 13 is one operated alone

Verbrennungskraftmaschine 5 dargestellt. Diese zeigt zwischen den Zeitpunkten t0 und ti keine Reaktion auf die Anforderung und zwischen den Zeitpunkten ti und t2 eine flache Annäherung zum Sollwert S. Das Verhalten der Verbrennungskraftmaschine 5 zwischen den Zeitpunkten t0 und ^wird Verzögerung oder Latenz genannt. Mit einer gepunkteten Linie ist die Kennlinie 14 einer allein betriebenen Elektromaschine 16 dargestellt. Diese zeigt eine weitgehend verzögerungsfreie, unmittelbare Reaktion auf die Anforderung 12. Internal combustion engine 5 shown. It does not respond to the request between times t 0 and t i, and flatly approaches set point S between times t 1 and t 2. The behavior of internal combustion engine 5 between times t 0 and wird is called a delay or latency. With a dotted line, the characteristic curve 14 of a solely operated electric machine 16 is shown. This shows a largely instantaneous, immediate response to the requirement 12.

Figur 3 zeigt schematisch ein Steuerungsverfahren für einen Antrieb 2 mit einer Figure 3 shows schematically a control method for a drive 2 with a

Verbrennungskraftmaschine 5. Bei einer Änderung eines Sollwertes S von Drehmoment und/oder Drehzahl an der Antriebswelle 4 wird von einer Regelung 15 eine Elektromaschine 16 als Stellantrieb 6 so lange betrieben und eine zusätzliche Antriebsleistung bereitgestellt, bis von der Verbrennungskraftmaschine 5 ohne die Unterstützung durch den Stellantrieb 6 der neue Sollwert S bereitgestellt wird. So wird, beispielsweise während der Latenz der Verbrennungskraftmaschine 5, die Bewegung der Kurbelwelle 17 der Internal combustion engine 5. When a setpoint value S of torque and / or rotational speed on the drive shaft 4 is changed by a controller 15, an electric machine 16 operated as actuator 6 and provided an additional drive power, up to the internal combustion engine 5 without the assistance of the actuator 6, the new setpoint S is provided. Thus, for example, during the latency of the internal combustion engine 5, the movement of the crankshaft 17 of the

Verbrennungskraftmaschine 5 maßgeblich von der Elektromaschine 16 beeinflusst. Die bei einem generatorischen Betrieb der Elektromaschine 16 anfallende elektrische Energie wird in einem elektrischen Energiespeicher 18 gesammelt und für einen motorischen Betrieb der Elektromaschine 16 aus diesem entnommen.  Internal combustion engine 5 significantly influenced by the electric machine 16. The resulting in a generator operation of the electric machine 16 electrical energy is collected in an electrical energy storage 18 and taken for a motorized operation of the electric machine 16 therefrom.

Claims

PATE N TAN SP RÜ C H E PATE N TAN SP RU CHE 1. Antrieb (1) für eine insbesondere autonom agierende mobile Vorrichtung (2), umfassend eine Antriebswelle (4), die zur Beeinflussung von Drehmoment und/oder Drehzahl der Antriebswelle (4) mit einer Verbrennungskraftmaschine (5) und/oder mit einem Stellantrieb (6) derart koppelbar ist, dass entweder das von der Verbrennungskraftmaschine (5) oder das von der Verbrennungskraftmaschine (5) gemeinsam mit dem Stellantrieb (6) erzeugte Drehmoment und/oder die Drehzahl in die Antriebswelle (4) einkoppelbar ist. 1. drive (1) for a particular autonomously acting mobile device (2) comprising a drive shaft (4) for influencing torque and / or speed of the drive shaft (4) with an internal combustion engine (5) and / or with an actuator (6) can be coupled such that either by the internal combustion engine (5) or by the internal combustion engine (5) together with the actuator (6) generated torque and / or the speed in the drive shaft (4) can be coupled. 2. Antrieb (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Drive (1) according to claim 1, characterized in that the Verbrennungskraftmaschine (5) unlösbar und/oder getriebelos mit der Antriebswelle (4) verbunden und dass der Stellantrieb (6) zuschaltbar ausgeführt ist. Internal combustion engine (5) unsolvable and / or gearless connected to the drive shaft (4) and that the actuator (6) is designed to be switchable. 3. Antrieb (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb (6) eine Elektromaschine (16) ist 3. drive (1) according to claims 1 or 2, characterized in that the actuator (6) is an electric machine (16) 4. Antrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (4) zwischen der Verbrennungskraftmaschine (5) und dem 4. Drive (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive shaft (4) between the internal combustion engine (5) and the Stellantrieb (6) durch eine insbesondere elastische Kupplung (9) trennbar ist. Actuator (6) by a particular elastic coupling (9) is separable. 5. Antrieb (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (9) in axialer Richtung und/oder in Drehrichtung elastisch ausgeführt ist. 5. Drive (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the coupling (9) is designed to be elastic in the axial direction and / or in the direction of rotation. 6. Antrieb (1)nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (5) und der Stellantrieb (6) axial zu der Antriebswelle (4) angeordnet sind. 6. Drive (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the internal combustion engine (5) and the actuator (6) are arranged axially relative to the drive shaft (4). 7. Mobile Vorrichtung (2), insbesondere Multicopter, mit wenigstens einem Antrieb (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6. 7. Mobile device (2), in particular multicopter, with at least one drive (1) according to one of claims 1 to 6. 8. Mobile Vorrichtung (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der 8. Mobile device (2) according to claim 7, characterized in that the Stellantrieb (6) und die Verbrennungskraftmaschine (5) jeweils für die Bereitstellung des für zumindest einen Notbetrieb erforderlichen Sollwertes (S) von Drehmoment und/oder Actuator (6) and the internal combustion engine (5) each for the provision of the required for at least one emergency operation setpoint (S) of torque and / or Drehzahl an der Antriebswelle (4) eingerichtet sind. Speed at the drive shaft (4) are set up. 9. Steuerungsverfahren für einen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgeführten Antrieb (1), bei dem für eine Änderung eines Sollwertes (S) von Drehmoment und/oder Drehzahl an der Antriebswelle (4) die Antriebsleistung einer Elektromaschine (16) als Stellantrieb (6) so lange zusätzlich in die Antriebswelle (4) eingekoppelt wird, bis die von der Verbrennungskraftmaschine (5) erzeugte Antriebsleistung dem neuen Sollwert (S) entspricht. 9. Control method for a drive (1) designed according to one of Claims 1 to 6, in which the drive power of an electric machine (16) as an actuator (16) for changing a setpoint value (S) of torque and / or rotational speed on the drive shaft (4) 6) is additionally coupled into the drive shaft (4) until the drive power generated by the internal combustion engine (5) corresponds to the new desired value (S). 10. Steuerungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Reduzierung von Drehmoment oder Drehzahl die Elektromaschine (16) generatorisch betrieben, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine (5) von der Elektromaschine (16) gebremst wird. 10. Control method according to claim 9, characterized in that with a reduction of torque or speed, the electric machine (16) operated as a generator, in particular the internal combustion engine (5) is braked by the electric machine (16). 11. Steuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Erhöhung von Drehmoment oder Drehzahl die Elektromaschine (16) motorisch betrieben, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine (5) von der 11. Control method according to one of claims 9 or 10, characterized in that at an increase in torque or speed, the electric machine (16) operated by a motor, in particular the internal combustion engine (5) of the Elektromaschine (16) beschleunigt wird. Electric machine (16) is accelerated. 12. Steuerungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Ladebetrieb die Verbrennungskraftmaschine (5) mit einer höheren als für den angeforderten Sollwert (S) erforderlichen Leistung und die 12. Control method according to one of the preceding claims 9 to 11, characterized in that during a loading operation, the internal combustion engine (5) with a higher than for the requested setpoint (S) required power and the Elektromaschine (16) generatorisch betrieben wird, wobei mittels des Drehwiderstandes der Elektromaschine (16) der Sollwert (S) von Drehmoment und/oder Drehzahl an der Electric machine (16) is operated as a generator, wherein by means of the rotational resistance of the electric machine (16) of the desired value (S) of torque and / or speed at the Antriebswelle (4) eingestellt wird. Drive shaft (4) is set.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105909377A (en) * 2016-05-06 2016-08-31 王领军 A coaxial gasoline-electric hybrid engine
CN106184779A (en) * 2016-09-19 2016-12-07 中电科芜湖钻石飞机设计研究院有限公司 A kind of hybrid power aeroplane coupled system
CN113492973A (en) * 2021-08-11 2021-10-12 北京韩品航通科技发展有限公司 Cruise hybrid power system of unmanned aerial vehicle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2516187A1 (en) * 1981-11-09 1983-05-13 Hughes Helicopters Inc IMPROVEMENT IN ELASTIC COUPLINGS AND IMPROVED METHOD FOR DRIVING TWO SHAFTS
DE3736110A1 (en) * 1987-10-26 1989-05-11 Porsche Ag STARTING ARRANGEMENT FOR A HELICOPTER
DE102006056356A1 (en) * 2006-11-29 2008-06-05 Airbus Deutschland Gmbh Drive device for aircraft, has energy converters which are attached for supplying drive unit with operating powers, where drive unit is attached for producing form feed using one operating power
EP2196392A2 (en) * 2008-12-12 2010-06-16 Honeywell International Inc. Hybrid power for ducted fan unmanned aerial systems
DE202013001622U1 (en) * 2013-02-20 2013-04-08 Göbler Hirthmotoren KG Hybrid drive for an unmanned aerial vehicle
US20140010652A1 (en) * 2012-07-09 2014-01-09 Mcmaster University Hybrid powertrain system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2516187A1 (en) * 1981-11-09 1983-05-13 Hughes Helicopters Inc IMPROVEMENT IN ELASTIC COUPLINGS AND IMPROVED METHOD FOR DRIVING TWO SHAFTS
DE3736110A1 (en) * 1987-10-26 1989-05-11 Porsche Ag STARTING ARRANGEMENT FOR A HELICOPTER
DE102006056356A1 (en) * 2006-11-29 2008-06-05 Airbus Deutschland Gmbh Drive device for aircraft, has energy converters which are attached for supplying drive unit with operating powers, where drive unit is attached for producing form feed using one operating power
EP2196392A2 (en) * 2008-12-12 2010-06-16 Honeywell International Inc. Hybrid power for ducted fan unmanned aerial systems
US20140010652A1 (en) * 2012-07-09 2014-01-09 Mcmaster University Hybrid powertrain system
DE202013001622U1 (en) * 2013-02-20 2013-04-08 Göbler Hirthmotoren KG Hybrid drive for an unmanned aerial vehicle

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105909377A (en) * 2016-05-06 2016-08-31 王领军 A coaxial gasoline-electric hybrid engine
CN105909377B (en) * 2016-05-06 2018-10-23 王领军 Coaxial oil-electricity hybrid power engine
CN106184779A (en) * 2016-09-19 2016-12-07 中电科芜湖钻石飞机设计研究院有限公司 A kind of hybrid power aeroplane coupled system
CN113492973A (en) * 2021-08-11 2021-10-12 北京韩品航通科技发展有限公司 Cruise hybrid power system of unmanned aerial vehicle

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