Algemeen

Direct gekoelde motor met kunststof behuizing

2
Fraunhofer kunststof behuizing
Doorsnede van de direct gekoelde elektromotor (foto: Fraunhofer ICT)

Als elektrische auto’s lichter moeten worden, moet ook de motor aan de lijn doen. Dat zou kunnen door hem uit met vezels versterkte kunststof te produceren. Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) in Pfinztal (bij Karlsruhe) ontwikkelen in samenwerking met het Karlsruher Institut für Technologie (KIT) een nieuw koelconcept dat het gebruik van kunststof als materiaal voor de behuizing mogelijk maakt.

Elektromotor en batterij zijn de centrale elementen van de elektrische aandrijflijn. Een hoge vermogensdichtheid, geringe inbouwruimte binnen het voertuig en een hoog rendement spelen een belangrijke rol om een duurzame mobiliteit te garanderen. In het samenwerkingsprojrect DEmiL (Direktgekühlter Elektromotor mit integralem Leichtbaugehäuse) werken onderzoekers van Fraunhofer ICT en het Elektrotechnisches Institut en het Institut für Fahrzeugsystemtechnik van KIT aan een nieuw concept, dat zich kenmerkt door de directe koeling van stator en rotor. De eigenlijke innovatie zit in de stator.

Vlakke draad

Elektromotoren hebben een hoog rendement, meer dan 90%. Hierdoor wordt een groot deel van het elektrisch vermogen omgezet in mechanisch vermogen. De resterende ongeveer 10% van het elektrisch vermogen gaat verloren in de vorm van warmte. Om oververhitting van de motor te voorkomen wordt de warmte in de stator tot nu toe afgevoerd via een metalen behuizing en eventueel een koelmantel met koud water.

De onderzoekers vervingen de ronde draad door rechthoekige draad die ze strakker op de stator kunnen wikkelen. Hierdoor ontstaat meer ruimte voor het naast de vlakke draden liggende koelkanaal. Het warmteverlies kan door deze optimalisering door het binnenin liggende koelkanaal worden afgevoerd en hoeft niet meer door de metalen behuizing heen naar een koelmantel te worden overgebracht. De koelmantel is in dit concept niet meer nodig. Dit betekent dat de thermische traagheid lager wordt en dat de motor een hoger continu vermogen kan overbrengen. Bovendien kan door koeling het warmteverlies van de rotor eveneens via de motor worden afgevoerd.

Kunststof behuizing

Omdat de warmte wordt afgevoerd op de plaats waar ze vrijkomt kunnen de projectpartners de complete motor en behuizing in kunststof uitvoeren en daarmee nog meer voordelen realiseren. Kunststoffen zijn licht en eenvoudiger te produceren dan aluminium behuizingen. Ook zijn zonder nabewerking complexe geometrieën mogelijk, zodat per saldo gewicht en kosten worden bespaard. Het tot nu toe vereiste metaal dat als warmtegeleider fungeerde, kan nu worden vervangen door slecht geleidend kunststof.

De projectpartners gebruiker met vezels versterkte thermohardende kunststoffen, die zich kenmerken door een hoge thermische bestandheid en een hoge bestandheid tegenover de agressieve koelmiddelen. Anders dan thermoplasten zwellen ze niet op wanneer ze in contact komen met chemicaliën. De onderzoekers gaan echter niet in op de recycleerbaarheid van de motor.

Geschikt voor grote series

De kunststof behuizing kan worden geproduceerd via automatisch spuitgieten. De prototypen worden in een cyclustijd van vier minuten gemaakt. De statoren zelf worden via transfer molding omspoten met een warmte geleidende massa van epoxyhars. Het onderzoeksteam heeft de elektromotor wat betreft constructie en productieproces zodanig ontworpen, dat hij in grote series kan worden geproduceerd.

De statoropbouw is gesloten, het koelconcept is experimenteel gevalideerd. De onderzoekers hebben de hoeveelheid warmte, die volgens simulaties in werkelijk bedrijf zou vrijkomen, met behulp van stroom in de koperwikkelingen geïntroduceerd. Ze konden aantonen dat ze nu al meer dan 80% van het verwachte warmteverlies konden wegkoelen. Ook voor de resterende bijna 20% zijn er al benaderingen, bijvoorbeeld door optimalisering van de koelwaterstroming. Momenteel worden de rotoren opgebouwd, zodat de motor binnenkort op de testbank van het Elektrotechnisches Institut kan worden getest en tijdens werkelijk bedrijf gevalideerd.

2 reacties op “Direct gekoelde motor met kunststof behuizing

  1. Mart Coenen schreef:

    Het ontbreken van een metalen behuizing heeft enorme consequenties voor de magnetische fluxen die uit de motor ontstaan. Vauit deze informatie niet te herleiden of hier over nagedacht is

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven