Elektrická energia s menšou hmotnosťou: plastové motory pre elektronické vozidlá

Motor s plastovým krytom, ľahký a vhodný pre masovú výrobu: na tom momentálne pracujú vedci. O projekte „Priamo chladený elektromotor s integrovaným ľahkým krytom“, pomocou ktorého mohli elektrické automobily výrazne stratiť na hmotnosti.

Ak majú byť e-automobily ľahšie, musí sa tiež zoštíhliť motor - to sa dá dosiahnuť napríklad tak, že sa vyrobia z plastov vystužených vláknami. Najmä v prípade krytu by ľahší materiál mohol nahradiť ťažší kov a znížiť tak váhu elektronických mobilných telefónov. Problém: Na rozdiel napríklad od ocele, plast ťažko odvádza teplo. Motor sa môže rýchlo prehriať.

Fraunhoferov inštitút pre chemickú technológiu ICT a technologický inštitút v Karlsruhe v súčasnosti predstavujú riešenie tohto problému - nového typu chladiaceho systému pre elektromotory. Toto by malo tiež výrazne vylepšiť pohon oproti stavu techniky z hľadiska hustoty výkonu a účinnosti.

Projekt spolupráce sa volá „Demil“, skratka pre „priamo chladený elektrický motor s integrovanou ľahkou skriňou“, v ktorej vedci vyvíjajú koncept priameho chladenia statora a rotora. Elektrický motor sa skladá z rotujúceho rotora a statického statora. V statore sú navinuté medené drôty, cez ktoré preteká prúd. Tu dochádza k väčšine elektrických strát. „Skutočná inovácia nášho konceptu spočíva v statore,“ hovorí Robert Maertens, vedec spoločnosti Fraunhofer ICT.

Plochý drôt nahrádza kruhový drôt: Takto koncept funguje

Elektromotory majú vysoký stupeň účinnosti viac ako 90 percent. To znamená, že veľká časť elektrickej energie sa premieňa na mechanickú. Zvyšných desať percent elektrickej energie sa stratí vo forme tepla. Aby nedošlo k prehriatiu motora, bolo doteraz teplo v statore odvádzané cez kovové puzdro do chladiaceho plášťa so studenou vodou. V štúdii „Demil“ vedci nahradili guľatý drôt obdĺžnikovým plochým drôtom, ktorý sa dá navinúť bližšie k statoru.

Takto by sa vytvoril ďalší priestor pre susedné chladiace potrubie vedľa plochých drôtov. „Vďaka tejto optimalizácii je možné tepelné straty odvádzať vnútorným chladiacim potrubím a už sa nemusí transportovať cez kovové puzdro smerom von do chladiaceho plášťa,“ vysvetľuje Maertens. V tomto koncepte už nie je potrebný chladiaci plášť. Okrem toho je tepelná zotrvačnosť nižšia a motor tiež dosahuje vyšší trvalý výkon. A: Chladením rotora sa môžu tiež jeho tepelné straty rozptýliť v motore.

Ľahká konštrukcia: termosetové plasty vystužené vláknami v elektromotore

Pre ľahkú konštrukciu to znamená: Pretože sa teplo odvádza tam, kde vzniká, celý motor vrátane krytu môže byť vyrobený z plastu. To umožňuje ľahšiu a ľahšiu výrobu ako hliníkové puzdro. Aj zložité geometrie sú možné bez dodatočného spracovania - šetria sa náklady a hmotnosť. Doteraz potrebný kov, ktorý slúžil ako vodič tepla, mohol byť nahradený plastom - zlým vodičom tepla.

Podľa vlastných tvrdení vedci používajú termosetové plasty vystužené vláknami, ktoré sa vyznačujú vysokou teplotnou odolnosťou a vysokou odolnosťou voči agresívnym chladiacim látkam. Na rozdiel od termoplastov nenadúvajú pri kontakte s chemikáliami.

Ľahký elektrický motor: vhodný pre sériovú výrobu

Podľa vedcov sa bude plastové puzdro vyrábať pomocou automatizovaného procesu vstrekovania; prototypy by sa vyrábali v časovom cykle štyroch minút. Samotné statory sú zapuzdrené pomocou tepelne vodivej formovacej hmoty z epoxidovej živice pomocou procesu prenosového formovania. Podľa vlastných vyjadrení výskumný tím navrhol elektromotor z hľadiska jeho konštrukčného a výrobného procesu tak, aby mohol byť hromadne vyrábaný.

Kde je projekt? Štruktúra statora bola dokončená, koncept chladenia bol experimentálne overený. „Použili sme elektrinu na zavedenie množstva tepla do medených vinutí, ktoré podľa simulácie nastane v reálnej prevádzke. Dokázali sme, že sme už schopní ochladiť viac ako 80 percent očakávanej straty energie, “hovorí Maertens. Pre zvyšných takmer 20 percent už existujú prístupy, napríklad optimalizáciou prietoku chladiacej vody. Vedci v súčasnosti montujú rotory tak, aby čoskoro mohli pracovať s motorom na skúšobnom stave elektrotechnického ústavu a validovať ho v reálnej prevádzke.