DE102014213777A1 - Electric drive machine - Google Patents
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Abstract
Eine elektrische Antriebsmaschine, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, hat einen Rotor (14) und einen Stator (16). Im Rotor (14) und/oder im Stator (16) ist ein Latentwärmespeicher (24) angeordnet, wobei der Latentwärmespeicher (24) ein Speichermaterial enthält, das beim Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine (10) anfallende Wärme aufnimmt.An electric drive machine, in particular for an electrically driven vehicle, has a rotor (14) and a stator (16). In the rotor (14) and / or in the stator (16), a latent heat accumulator (24) is arranged, wherein the latent heat accumulator (24) contains a storage material which absorbs heat accumulating during operation of the electric drive machine (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsmaschine, z. B. einen Elektromotor, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.The invention relates to an electric drive machine, for. B. an electric motor, in particular for an electrically driven vehicle.
Die Nennleistung von elektrischen Antriebsmaschinen in der Fahrzeugtechnik ist nach der Prüfvorschrift
Aufgabe der Erfindung ist es, die Leistungsfähigkeit eines Elektromotors, ins-besondere dessen Nennleistung, zu erhöhen.The object of the invention is to increase the performance of an electric motor, in particular its rated power.
Dies wird erfindungsgemäß bei einer elektrischen Antriebsmaschine, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, erreicht, die einen Rotor und einen Stator aufweist, indem ein Latentwärmespeicher vorgesehen ist, der im Rotor und/oder im Stator angeordnet ist. Der Latentwärmespeicher enthält ein Speichermaterial, das beim Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine anfallende Wärme aufnimmt. Im Rahmen seiner Speicherkapazität erhöht der Latentwärmespeicher die Wärmekapazität des Rotors und/oder des Stators und nimmt von der Antriebsmaschine erzeugte Wärmeenergie in seinem Speichermaterial auf. Effektiv bewirkt der Latentwärmespeicher so eine Kühlung der elektrischen Antriebsmaschine, wodurch innerhalb der 30-minütigen Prüfzeit nach
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Speichermaterial ein Material, das im Betrieb der Antriebsmaschine einen Phasenübergang von fest nach flüssig durchläuft, wobei die von der Antriebsmaschine abgegebene Wärme in Schmelzwärme des Speichermaterials umgesetzt wird.In a preferred embodiment, the storage material is a material which undergoes a phase transition from solid to liquid during operation of the drive machine, wherein the heat emitted by the drive engine is converted into heat of fusion of the storage material.
Geeignete Speichermaterialien sind beispielsweise Paraffine, Zuckeralkohole oder anorganische Salze, gegebenenfalls auch anorganische Salzhydrate. Diese Stoffe sind für die Verwendung in Latentwärmespeichern bekannt, da sie eine hohe Schmelzwärme aufweisen, sodass mit einer relativ geringen Menge an Speichermaterial eine große Wärmemenge aufgenommen werden kann.Suitable storage materials are, for example, paraffins, sugar alcohols or inorganic salts, optionally also inorganic salt hydrates. These materials are known for use in latent heat storage, since they have a high heat of fusion, so that a large amount of heat can be absorbed with a relatively small amount of storage material.
Insbesondere bei der Verwendung im Rotor ist es möglich, das Speichermaterial des Latentwärmespeichers in eine Trägermatrix einzubringen oder verkapselt zu verwenden, um Flüssigkeitsbewegungen im Rotor zu vermeiden.In particular, when used in the rotor, it is possible to introduce the storage material of the latent heat storage in a carrier matrix or encapsulated to avoid liquid movements in the rotor.
Es wäre auch denkbar, als Speichermaterial ein thermochemisches Material zu verwenden, insbesondere ein Silicagel oder ein Zeolith, das Wärmeenergie in einer chemischen Reaktion beispielsweise unter Abspaltung von Wasser aufnimmt. Der Vorteil von thermochemischen Speichermaterialien liegt darin, dass höhere Wärmemengen aufgenommen werden können.It would also be conceivable to use as storage material a thermochemical material, in particular a silica gel or a zeolite, which absorbs thermal energy in a chemical reaction, for example with elimination of water. The advantage of thermochemical storage materials is that higher amounts of heat can be absorbed.
Bei gängigen Rotorkonstruktionen sind im Rotorkörper oftmals Aussparungen zur Gewichtsreduzierung vorgesehen. Diese Aussparungen im Körper des Rotors können genutzt werden, um dort mit das Speichermaterial enthaltende Gehäuse anzuordnen, die Teil des Latentwärmespeichers sind. Dies bietet sich vor allem an, wenn der Rotor als Blechkörper ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Aussparungen formschlüssig mit den das Speichermaterial enthaltenden Gehäusen ausgefüllt. Die mit der Anordnung des Speichermaterials am Rotor verbundene Gewichtszunahme kann gegebenenfalls durch die Wahl eines Speichermaterials mit geringer Dichte reduziert werden. Die Wahl des exakten Volumens des Latentwärmespeichers und des jeweiligen Speichermaterials obliegt dem Fachmann im Rahmen der jeweiligen Gegebenheiten.In common rotor designs recesses are often provided in the rotor body for weight reduction. These recesses in the body of the rotor can be used to arrange there with the memory material containing housing, which are part of the latent heat storage. This is especially useful when the rotor is designed as a sheet metal body. Preferably, the recesses are positively filled with the housing containing the storage material. Optionally, the weight gain associated with the location of the storage material on the rotor may be reduced by the choice of low density memory material. The choice of the exact volume of the latent heat storage and the respective storage material is the expert in the context of the respective circumstances.
Analog zur Ausbildung des Rotors ist es möglich, dass der Stator einen Körper mit Aussparungen aufweist und in den Aussparungen das Speichermaterial enthaltende Gehäuse angeordnet sind, die Teil des Latentwärmespeichers sind.Analogous to the design of the rotor, it is possible that the stator has a body with recesses and in the recesses of the memory material containing housing are arranged, which are part of the latent heat storage.
Es ist auch möglich, im Bereich der Wicklungen von Rotor und/oder Stator, insbesondere dem Wickelkopf des Stators, das Speichermaterial enthaltende Gehäuse anzuordnen, die Teil des Latentwärmespeichers sind.It is also possible to arrange in the region of the windings of the rotor and / or stator, in particular the winding head of the stator, the housing containing memory material, which are part of the latent heat accumulator.
Die Wärmekapazität des Latentwärmespeichers beträgt beispielsweise etwa 100 bis 2000 kJ, insbesondere ca. 150 kJ. So lässt sich beispielsweise bei einer Erwärmung von Raumtemperatur auf die Maximaltemperatur der elektrischen Antriebsmaschine eine Erhöhung der aufzunehmenden Energie um etwa 15% erreichen, bei einer angenommenen Verlustleistung der elektrischen Antriebsmaschine von etwa 250 W.The heat capacity of the latent heat storage is for example about 100 to 2000 kJ, in particular about 150 kJ. Thus, for example, when heating from room temperature to the maximum temperature of the electric drive machine, an increase in the energy to be absorbed can be achieved by about 15%, assuming an assumed power loss of the electric drive machine of about 250 W.
Vorzugsweise wird ein Speichermaterial gewählt, das einen Arbeitspunkt des Latentwärmespeichers bei ca. 60°C bis 300°C und insbesondere bei 140°C bis 150°C erlaubt. Wenn sich der Arbeitspunkt auf Temperaturen über 100°C und insbesondere auf 140°C bis 150°C anheben lässt, ist eine Wärmeaufnahme im Speichermaterial mit dem damit verbundenen Phasenübergang vor allem bei einer Volllast der elektrischen Antriebsmaschine möglich, während bei niedrigeren Arbeitspunkten ein Teil des Speichermaterials seinen Aggregatzustand bereits bei Teillastbetrieb wechselt.Preferably, a memory material is selected which allows an operating point of the latent heat storage at about 60 ° C to 300 ° C and especially at 140 ° C to 150 ° C. When the operating point to temperatures above 100 ° C and in particular on 140 ° C can raise to 150 ° C, heat absorption in the memory material with the associated phase transition, especially at full load of the electric drive machine is possible, while at lower operating points, a part of the storage material changes its state already at partial load operation.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:The invention will be described in more detail below with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings. In the drawings show:
Ein auf einer Rotorwelle
In diesem Beispiel haben sowohl der Rotor
Im Rotor
In die Aussparungen
Natürlich ist es auch möglich, den Latentwärmespeicher
Als Speichermaterial wird hier ein Material verwendet, das bei den im Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine
Es ist möglich, das Speichermaterial innerhalb der Gehäuse
Die Gesamtwärmekapazität des Speichermaterials des Latentwärmespeichers
Beim Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine
Beim Abkühlen auf Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur des Speichermaterials, beispielsweise nach Abschalten der elektrischen Antriebsmaschine
Geeignete Materialien, insbesondere bezüglich des Schmelzpunktes sowie der Dichte des Speichermaterials, die geeignete Menge sowie die Anordnung, Größe und Zahl der Aussparungen
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- ECE R85 [0004] ECE R85 [0004]
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