AT511428A1 - Elektrische maschine - Google Patents

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AT511428A1 ATA569/2011A AT5692011A AT511428A1 AT 511428 A1 AT511428 A1 AT 511428A1 AT 5692011 A AT5692011 A AT 5692011A AT 511428 A1 AT511428 A1 AT 511428A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine (1), insbesondere für den Antrieb eines Fahrzeuges, welche mit zumindest einer angrenzenden elektrischen Energieversorgungseinrichtung elektrisch verbunden ist. Um Bauraum einzusparen und die Sicherheit zu erhöhen, ist vorgesehen, dass zumindest ein die elektrische Energieversorgungseinrichtung bildender elektrischer Energiespeicher (6) an die elektrische Maschine (1) grenzt.

Description

1 56179
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für den Antrieb eines Fahrzeuges, welche mit zumindest einer angrenzenden elektrischen Energieversorgungseinrichtung elektrisch verbunden ist.
Die DE 100 11 591 Al beschreibt einen Drehmotor mit einem Rotor und einem Stator, wobei Brennstoffzellen als interne Energiequelle ringförmig im Stator um die Drehachse des Motors angeordnet sind.
Aus der US 5,923,106 A ist ein Elektromotor mit integrierten Brennstoffzellen bekannt, wobei die Brennstoffzellen innerhalb eines zylindrischen Stators angeordnet sind, welcher von einem Rotor des Elektromotors umgeben ist. Eine ähnliche elektrische Maschine ist auch aus der US 6,005,322 A bekannt.
Bei konventionellen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, beispielsweise Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, sind die Elektromotoren räumlich getrennt von Batterien im Fahrzeug verbaut. Dies hat den Nachteil, dass zusätzlicher Bauraum im Fahrzeug für die Unterbringung der Batterien bereitgestellt werden muss und dass Hochspannungsleitungen zwischen dem Elektromotor und den Batterien im Fahrzeug verlegt werden müssen, was ein erhebliches Sicherheitsrisiko, insbesondere bei einem Unfall darstellt.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und bei einer batteriebetriebenen elektrischen Maschine Bauraum für die Anordnung der Batterien einzusparen und die Sicherheit zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zumindest ein die elektrische Energieversorgungseinrichtung bildender elektrischer Energiespeicher an die elektrische Maschine grenzt, wobei vorzugsweise die elektrische Maschine zumindest teilweise, vorzugsweise zur Gänze von zumindest einem elektrischen Energiespeicher umgeben ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der elektrische Energiespeicher und die elektrische Maschine in einem gemeinsamen äußeren Gehäuse angeordnet sind.
Der oder die elektrischen Energiespeicher können dabei die elektrische Maschine ringförmig umgeben. Die elektrischen Energiespeicher können dabei eine Achse 2 haben, die parallel zu der der elektrischen Maschine ist, aber auch eine senkrecht zur Achse der elektrischen Maschine ausgerichtete Achse besitzen. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der elektrische Energiespeicher innerhalb eines den Stator umgebenden Rotors angeordnet ist.
Der elektrische Energiespeicher kann somit in den Stator der elektrischen Maschine integriert sein.
Dadurch, dass die elektrische Maschine und der oder die elektrischen Energiespeicher als Einheit ausgebildet ist, können Teile eingespart, sowie die Fertigung und Montagearbeiten wesentlich vereinfacht werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der elektrische Speicher in einem zwischen einem die elektrische Maschine umgebenden inneren Gehäuse und einem äußeren Gehäuse aufgespannten Hohlraum angeordnet ist. Das äußere Gehäuse kann dabei die Form eines Kreiszylinders oder eines Prismas, vorzugsweise eines Quaders, aufweisen.
Um beim Laden und Entladen des elektrischen Energiespeichers eine ausreichende Wärmeabfuhr zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass zur Kühlung des elektrischen Speichers zumindest eine Kühleinrichtung vorgesehen ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn zwischen zumindest zwei elektrischen Energiespeichern ein Kühlraum ausgebildet ist, wobei vorzugsweise zwischen dem inneren Gehäuse und dem äußeren Gehäuse ein Kühlraum ausgebildet ist. Insbesondere bei Flüssigkeitskühlung kann das äußere Gehäuse Anschlüsse für den Ein- und Austritt des Kühlmittels aufweisen.
Der Kühlkreislauf der elektrischen Maschine kann dabei gemeinsam mit dem Kühlkreislauf für den Energiespeicher ausgeführt sein, es können aber auch getrennte Kühlkreisläufe vorgesehen sein.
Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Energiespeicher durch einzelne im Wesentlichen zylindrische Batterien gebildet ist, wobei vorzugsweise die Batterien in einer dichtesten Packung angeordnet sind. Alternativ können die Energiespeicher blockförmig ausgebildet sein, in Beutel verschweißt sein oder direkt in die Struktur eines Gehäuses integriert sein. 3
In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass am oder innerhalb des äußeren Gehäuses eine Leistungselektronik und/oder eine Batteriesteuerung angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Leistungsanschlüsse zur elektrischen Maschine und zum elektrischen Energiespeicher innerhalb des äußeren Gehäuses angeordnet sind. Auf diese Weise können alle Hochspannungsleitungen außerhalb des äußeren Gehäuses vermieden werden.
Durch die Kombination der elektrischen Maschine, der Leistungselektronik und der Energiespeicher können somit Hochspannungskabel im Fahrzeug entfallen. Dadurch ergibt sich ein wesentlich geringeres Sicherheitsrisiko. Da Leistungselektronik und elektrische Energiespeicher nicht mehr zusätzlich im Fahrzeug untergebracht werden müssen, kann Bauraum bedeutend eingespart werden. Die kurzen Hochspannungsverbindungen innerhalb der Einheit verbessern die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Darüber hinaus können Fehlerquellen wie Stecker und Kabel vermieden werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine in einer geschnittenen Schrägansicht und Fig. 2 diese elektrische Maschine in einem Querschnitt.
Die Fig. zeigen eine elektrische Maschine 1 mit einem Rotor 2 und einem diesen umgebenden Stator 3, wobei der Stator 3 von einer inneren Gehäusewand 4 umgeben ist. Rund um das innere Gehäuse 4 der elektrischen Maschine 1 sind durch wiederaufladbare Batterien 5 gebildete elektrische Energiespeicher 6 in einem durch die innere Gehäusewand 4 und einer äußeren Gehäusewand 7 eines Gehäuses 11 gebildeten zylindrischen Hohlraum 8 angeordnet. Die im Wesentlichen zylindrischen Batterien 5 sind ringförmig in dichtester Packung in zwei Reihen angeordnet, wobei zwischen den Batterien 5 und den Gehäusewänden 4, 7 Kühlräume 9 ausgebildet sind. Weiters können auch in den Gehäusewände 4, 7 Kühlkanäle angeordnet sein.
Die äußere Gehäusewand 7 weist in Fig. 1 im Wesentlichen die Form eines Zylinders auf.
Alternativ dazu kann die äußere Gehäusewand 7 aber auch die Form eines Prismas, insbesondere eines Quaders aufweisen, wie in Fig. 2 durch strichlierte Linien 4 angedeutet ist. Auch hier sind die einzelnen Batterien in dichtester Packung nebeneinander angeordnet.
Die elektrische Maschine 1 und der durch einzelne Batterien 5 gebildete elektrische Energiespeicher 6 ist als Einheit ausgebildet, wobei sämtliche Hochspannungsleitungen innerhalb der äußeren Gehäusewand 7 angeordnet sind. Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, kann auch eine Leistungselektronik 10 und/oder eine Batteriesteuerung in die äußere Gehäusewand 7 integriert oder auf die äußere Gehäusewand 7 aufgesetzt sein.
Die Leistungsanschlüsse zur elektrischen Maschine 1 und zum elektrischen Energiespeicher 6 können sich innerhalb des Gehäuses 11 der Einheit 12 befinden. Durch die Kombination der elektrischen Maschine 1, der Leistungselektronik 10 und des elektrischen Energiespeichers 6 können - bei Anwendung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug - die Hochspannungsleitungen im Fahrzeug entfallen. Dadurch ergibt sich ein geringes Sicherheitsrisiko, beispielsweise im Falle eines Unfalls. Die kurzen Hochspannungsverbindungen innerhalb des Gehäuses 11 erhöhen die elektromagnetische Verträglichkeit. Fehlerquellen wie Stecker und Kabel können weitgehend vermieden bzw. wesentlich verringert werden.
Die Einheit 12 aus elektrischer Maschine 1, elektrischem Energiespeicher 6 und Leistungselektronik 10 kann bei einem Hybridfahrzeug zwischen einer Brennkraftmaschine direkt an einer Kurbelwelle oder zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Antriebsmotor verbaut werden. Weiters ist auch ein Anbau am oder nach dem Getriebeausgang möglich.
Die Einheit 12 kann sowohl ungekühlt, als auch gekühlt ausgeführt werden. Im Falle einer Flüssigkeitskühlung kann die Kühlung in das Kühlsystem der Brennkraftmaschine integriert sein, oder als eigener Kühlkreis für die elektrische Maschine 1 und den elektrischen Energiespeicher 6 ausgebildet sein.
Die elektrische Maschine 1 kann sowohl ein Außenläufer, oder ein Innenläufer sein. Von der Bauart kann die elektrische Maschine als Synchronmotor, als Asynchronmotor, als permanentfremderregter Maschine, als Reluktanzmaschine oder als Gleichstrommaschine ausgebildet sein.
Das Gehäuse 11 kann entweder aus Metall, oder aus Kunststoff bestehen. 5
Die Einheit 12 ist als abgeschlossenes, voll funktionsfähiges, autonomes Modul ausgebildet. Dadurch, dass externe Bauräume für die Batterie 5 und die Leistungselektronik, sowie externe Kühlleitungen und Hochspannungsleitungen entfallen können, kann auch wesentlich an Gewicht und an Bauteilen eingespart werden.
Die axiale Erstreckung der Einheit 12 ist durch die geforderte Leistung bestimmt.

Claims (21)

  1. 6 PATENTANSPRÜCHE 1. Elektrische Maschine (1), insbesondere für den Antrieb eines Fahrzeuges, welche mit zumindest einer angrenzenden elektrischen Energieversorgungseinrichtung elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein die elektrische Energieversorgungseinrichtung bildender elektrischer Energiespeicher (6) an die elektrische Maschine (1) grenzt.
  2. 2. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) zumindest teilweise, vorzugsweise zur Gänze von zumindest einem elektrischen Energiespeicher (6) umgeben ist.
  3. 3. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elektrischer Energiespeicher (6) außerhalb des Rotors (2) der elektrischen Maschine (1) angeordnet ist.
  4. 4. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elektrischer Energiespeicher (6) innerhalb des Rotors (2) der elektrischen Maschine (1) angeordnet ist.
  5. 5. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein elektrischer Energiespeicher (6) und die elektrische Maschine (1) innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses (11) angeordnet sind.
  6. 6. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest ein elektrische Speicher (6) die elektrische Maschine (1) ringförmig umgibt.
  7. 7. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) und der zumindest eine elektrische Speicher (6) als Einheit ausgeführt ist.
  8. 8. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Speicher (6) in einem zwischen einer 7 « . i .Λ ; · • 4 ι < » * - * · » * * « »4 < < · 4» « ,- die elektrische Maschine (1) umgebenden inneren Gehäusewand (4) und einer äußeren Gehäusewand (7) aufgespannten Hohlraum (8) angeordnet ist.
  9. 9. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Gehäusewand (7) im wesentlichen eine zylindrische, vorzugsweise eine kreiszylindrische Form aufweist.
  10. 10. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Gehäusewand (8) die Form eines Prismas, vorzugsweise eines Quaders, aufweist.
  11. 11. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) von einer Mehrzahl an elektrischen Energiespeichern (6) umgeben ist.
  12. 12. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des elektrischen Speichers (1) zumindest eine Kühleinrichtung vorgesehen ist.
  13. 13. Elektrische Maschine (1) Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest zwei elektrischen Energiespeichern (6) zumindest ein Kühlraum (9) ausgebildet ist.
  14. 14. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der inneren Gehäusewand (4) und der äußeren Gehäusewand (7) zumindest ein Kühlraum (9) ausgebildet ist.
  15. 15. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die innere und/oder äußere Gehäusewand (4, 7) Kühlkanäle aufweist.
  16. 16. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder elektrische Energiespeicher (6) einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wobei die elektrischen Speicher (6) vorzugsweise in dichtester Packung angeordnet sind. 8
  17. 17. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass am oder innerhalb der äußeren Gehäusewand (4, 7) eine Leistungseiektronik und/oder eine Batteriesteuerung angeordnet ist.
  18. 18. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsanschlüsse zur elektrischen Maschine (1) und zum elektrischen Energiespeicher (6) innerhalb der äußeren Gehäusewand (7) angeordnet sind.
  19. 19. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Gehäusewand (7) zumindest einen Eintritt und zumindest einen Austritt für ein Kühlmittel aufweist.
  20. 20. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (6) in den Stator (3) der elektrischen Maschine (1) integriert ist.
  21. 21. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (1) durch zumindest eine wiederaufladbare Batterie (5) gebildet ist.
    2011 04 21 Fu/St
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