AT511428B1 - Elektrische maschine - Google Patents

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AT511428B1 ATA569/2011A AT5692011A AT511428B1 AT 511428 B1 AT511428 B1 AT 511428B1 AT 5692011 A AT5692011 A AT 5692011A AT 511428 B1 AT511428 B1 AT 511428B1
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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

österreichisches Patentamt AT 511 428 B1 2013-05-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbesondere für den Antrieb eines Fahrzeuges, welche mit zumindest einer angrenzenden elektrischen Energieversorgungseinrichtung elektrisch verbunden ist, wobei zumindest ein die elektrische Energieversorgungseinrichtung bildender elektrischer Energiespeicher an die elektrische Maschine grenzt, und wobei zur Kühlung des elektrischen Speichers zumindest eine Kühleinrichtung vorgesehen ist.
[0002] Die DE 100 11 591 A1 beschreibt einen Drehmotor mit einem Rotor und einem Stator, wobei Brennstoffzellen als interne Energiequelle ringförmig im Stator um die Drehachse des Motors angeordnet sind.
[0003] 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.
[0004] Die EP 1 950 868 A1 beschreibt ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Motor und einer Sekundärbatterie, wobei der Elektromotor und die einzige Sekundärbatterie integral ausgebildet sind. Die Sekundärbatterie umgibt dabei das Rotorgehäuse, wobei zwischen dem Rotorgehäuse und der Sekundärbatterie eine Kühleinrichtung angeordnet ist.
[0005] Aus der DE 27 57 336 A1 ist ein Triebwerk für Elektrofahrzeuge mit Akkumulatorbetrieb bekannt, wobei Akkumulatoren in einem rotierenden Kunststoffteil eingesetzt sind.
[0006] Die Druckschrift US 2002/043 884 A1 offenbart einen elektrischen Fahrzeugmotor mit einer Schwungradbatterie, wobei die Batterie im Rotor eines Elektromotors angeordnet sind.
[0007] 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.
[0008] 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.
[0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die elektrische Maschine von einer Mehrzahl an elektrischen Energiespeichern umgeben ist und dass zwischen zumindest zwei elektrischen Energiespeichern zumindest ein Kühlraum ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die elektrische Maschine zumindest teilweise, vorzugsweise zur Gänze von den elektrischen Energiespeichern umgeben ist.
[0010] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrischen Energiespeicher und die elektrische Maschine in einem gemeinsamen äußeren Gehäuse angeordnet sind.
[0011] Die elektrischen Energiespeicher können dabei die elektrische Maschine ringförmig umgeben. Die elektrischen Energiespeicher können dabei eine Achse 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 die elektrischen Energiespeicher innerhalb eines den Stator umgebenden Rotors angeordnet sind.
[0012] Die elektrischen Energiespeicher können somit in den Stator der elektrischen Maschine integriert sein.
[0013] Dadurch, dass die elektrische Maschine und die elektrischen Energiespeicher als Einheit ausgebildet sind, können Teile eingespart, sowie die Fertigung und Montagearbeiten wesentlich vereinfacht werden. 1 /5 österreichisches Patentamt AT 511 428 B1 2013-05-15 [0014] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektrischen Speicher in einem zwischen einem die elektrische Maschine umgebenden inneren Gehäuse und einem äußeren Gehäuse aufgespannten Hohlraum angeordnet sind. Das äußere Gehäuse kann dabei die Form eines Kreiszylinders oder eines Prismas, vorzugsweise eines Quaders, aufweisen.
[0015] Um beim Laden und Entladen der elektrischen Energiespeicher eine ausreichende Wärmeabfuhr zu ermöglichen, ist zwischen dem inneren Gehäuse und dem äußeren Gehäuse ein Kühlraum ausgebildet. Insbesondere bei Flüssigkeitskühlung kann das äußere Gehäuse Anschlüsse für den Ein- und Austritt des Kühlmittels aufweisen.
[0016] Der Kühlkreislauf der elektrischen Maschine kann dabei gemeinsam mit dem Kühlkreislauf für die Energiespeicher ausgeführt sein, es können aber auch getrennte Kühlkreisläufe vorgesehen sein.
[0017] 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.
[0018] 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 zu den elektrischen Energiespeichern innerhalb des äußeren Gehäuses angeordnet sind. Auf diese Weise können alle Hochspannungsleitungen außerhalb des äußeren Gehäuses vermieden werden.
[0019] 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.
[0020] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
[0021] Es zeigen [0022] Fig. 1 eine erfindungsgemäße elektrische Maschine in einer geschnittenen Schrägan sicht und [0023] Fig. 2 diese elektrische Maschine in einem Querschnitt.
[0024] 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.
[0025] Die äußere Gehäusewand 7 weist in Fig. 1 im Wesentlichen die Form eines Zylinders auf.
[0026] Alternativ dazu kann die äußere Gehäusewand 7 aber auch die Form eines Prismas, insbesondere eines Quaders aufweisen, wie in Fig. 2 durch strichlierte Linien angedeutet ist. Auch hier sind die einzelnen Batterien in dichtester Packung nebeneinander angeordnet.
[0027] Die elektrische Maschine 1 und die durch einzelne Batterien 5 gebildeten elektrischen Energiespeicher 6 sind als Einheit ausgebildet, wobei sämtliche Hochspannungsleitungen 2/5

Claims (9)

  1. österreichisches Patentamt AT 511 428 B1 2013-05-15 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. [0028] Die Leistungsanschlüsse zur elektrischen Maschine 1 und zu den elektrischen Energiespeichern 6 können sich innerhalb des Gehäuses 11 der Einheit 12 befinden. Durch die Kombination der elektrischen Maschine 1, der Leistungselektronik 10 und der elektrischen Energiespeicher 6 können - bei Anwendung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug - die Hochspan-nungsleitungen 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. [0029] Die Einheit 12 aus elektrischer Maschine 1, elektrischen Energiespeichern 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. [0030] 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 die elektrischen Energiespeicher 6 ausgebildet sein. [0031] 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. [0032] Das Gehäuse 11 kann entweder aus Metall, oder aus Kunststoff bestehen. [0033] 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. [0034] Die axiale Erstreckung der Einheit 12 ist durch die geforderte Leistung bestimmt. Patentansprüche 1. Elektrische Maschine (1), insbesondere für den Antrieb eines Fahrzeuges, welche mit zumindest einer angrenzenden elektrischen Energieversorgungseinrichtung elektrisch verbunden ist, wobei zumindest ein die elektrische Energieversorgungseinrichtung bildender elektrischer Energiespeicher (6) an die elektrische Maschine (1) grenzt, und wobei zur Kühlung des elektrischen Speichers (1) zumindest eine Kühleinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) von einer Mehrzahl an elektrischen Energiespeichern (6) umgeben ist und dass zwischen zumindest zwei elektrischen Energiespeichern (6) zumindest ein Kühlraum (9) ausgebildet ist.
  2. 2. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) zumindest teilweise, vorzugsweise zur Gänze von den elektrischen Energiespeichern (6) umgeben ist.
  3. 3. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Energiespeicher (6) außerhalb des Rotors (2) der elektrischen Maschine (1) angeordnet sind.
  4. 4. Elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Energiespeicher (6) innerhalb des Rotors (2) der elektrischen Maschine (1) angeordnet sind. 3/5 österreichisches Patentamt AT 511 428 B1 2013-05-15
  5. 5. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen 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 die elektrischen Speicher (6) die elektrische Maschine (1) ringförmig umgeben.
  7. 7. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (1) und die elektrischen Speicher (6) als Einheit ausgeführt sind.
  8. 8. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Speicher (6) in einem zwischen einer die elektrische Maschine (1) umgebenden inneren Gehäusewand (4) und einer äußeren Gehäusewand (7) aufgespannten Hohlraum (8) angeordnet sind.
  9. 9. Elektrische Maschine (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Energiespeicher (6) in den Stator (3) der elektrischen Maschine (1) integriert sind. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5
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