驱动系统和机动车辆技术方案

驱动系统(1)包括单极电机(2)和用于为单极电机(2)提供电能的燃料电池(3)。燃料电池(3)可以以环形形状布置成围绕单极电机(2)的转子(4)的转子轴(5)。单极电机(2)可以设置在机动车辆(600)中以提供牵引扭矩。机动车辆(600)中以提供牵引扭矩。机动车辆(600)中以提供牵引扭矩。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】驱动系统和机动车辆


[0001]本专利技术涉及一种具有燃料电池的驱动系统和配备有这样的驱动系统的机动车辆。

技术介绍

[0002]电机用于广泛的
，在汽车领域也越来越多地用作用于驱动机动车辆的电动机。用于电动机的电能可以以各种方式提供，例如在机动领域中，通过车辆携带的蓄电池或燃料电池来提供，在燃料电池的情况下与充足的燃料供应相结合。燃料电池及其电化学操作模式以不同的变体公知。燃料电池的基本原理是向燃料电池的一个电极供应氢，以及向另一电极供应氧。氢分子在电极处分解并向电极释放电子，电子流过导体到达另一电极以与氧结合一起形成氧离子。最终，产生水并且电流在电极之间的导体中流动。氧和氢可以以纯净形式储存并供给给燃料电池。然而，也可以使用来自环境空气的氧。可以由诸如甲烷或氨的化合物通过重整制取氢；相应的化合物在此过程期间通过电解方式被分解。除非使用纯氧和纯氢，否则会产生必须从燃料电池中去除和处理的副产物。
[0003]电动机、具体是在汽车领域的电动机在高压范围内操作。由于单个燃料电池仅提供大约1伏范围内的电压，因此几个电池(很可能几百个)串联连接。在蓄电池的情况下，通常也串联连接几个蓄电池单元以获得电动机所需的操作电压，蓄电池单元的输出电压由其中使用的电化学方法确定。
[0004]所使用的电动机(例如永磁同步电机或磁阻电机)通常需要电力电子装置来控制电力供应。特别地，电机中的电流通常必须根据电机转子的角位置进行切换，为此目的，可以通过角度传感器(例如旋转变压器)来确定转子的角位置。所提及的切换过程导致电机扭矩以及电机的径向力和轴向力的不规则性。这通常是不可取的，并且会导致汽车领域中所谓的噪声
‑
振动
‑
声振粗糙度问题(NVH问题)。此外，这样的电机经常表现出弱启动。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术的目的是指定一种不需要高电压技术并且避免驱动扭矩以及径向力和轴向力的不规则性的驱动系统。另外，应指定相应的机动车辆。
[0006]关于驱动系统的目的是通过根据权利要求1的驱动系统来实现的。关于机动车辆的目的是通过根据权利要求8的机动车辆来实现的。从属权利要求包含有利的另外的改进方案。
[0007]根据本专利技术的驱动系统使用单极电机作为电动机。这样的单极电机是已知的：以盘形式的转子被垂直于该盘的磁场或至少被垂直于该盘的磁场分量穿过。电流在盘的中心与盘的边缘之间传导。由于磁场，在移动的电荷载流子上产生洛伦兹力，这导致盘上的扭矩。扭矩可以通过连接至盘的转子轴去除；转子轴也可以用作用于与盘的中心进行电接触的导体。转子轴和盘可以各自例如通过电刷被电接触，盘优选地在其外边缘处通过电刷被接触。
[0008]原则上，单极电机不需要电机中的电流的任何换向或任何其他切换，并且因此单
极电机可以在没有扭矩不规则性的情况下运行。单极电机在启动时也没有问题。由于产生的扭矩取决于电流强度，因此高扭矩需要高电流；然而，如果转子的电阻较低，则这些可以在低电压下实现。因此，需要一种能够在不需要高电压的情况下递送高电流的电源。
[0009]根据本专利技术，为此目的使用燃料电池。燃料电池需要足够大的电极面积，以便能够在每单位时间内转换足够量的氢和氧，从而能够提供每单位时间所需电流强度所需的电荷量。多个燃料电池也可以并联连接，其中各个燃料电池的电极并联连接然后形成用于该应用目的的电极。燃料电池是驱动系统的一部分，并且可以集成到单极电机本身中，在这种情况下，可以说是原位燃料电池(ISB)。通常不需要将几个燃料电池串联连接以增加可用电压。
[0010]在一个实施方式中，燃料电池以环状方式围绕单极电机的转子轴。燃料电池尤其还可以以环形形状包围单极电机的转子、即盘。转子轴、转子和环形燃料电池可以彼此同心地布置。以环形形状围绕转子轴(具体地，转子本身)的燃料电池为燃料电池的电极提供了大面积，如以上所解释的，这是高电流所需要的。
[0011]在另外的改进方案中，以环形形状围绕转子轴的燃料电池的电极以不能旋转的方式连接至转子。这具体意味着当单极电机处于操作中时电极随转子旋转。如果燃料电池使用液体电解质(“湿燃料电池”)，则该另外的改进方案是可能的。在此改进方案中，电解质还可以承担电刷的功能、更准确地，承担与单极电机的盘的边缘进行电接触的电刷的功能。在该改进方案中，燃料可以通过旋转馈通件和通道被供应给以不能旋转的方式连接至转子的电极。通道穿过转子轴和盘，以及旋转馈通件提供燃料从供应件到通道中的递送。液体电解质也可以用于冷却。具体地，在该改进方案中，燃料电池可以以环形形状围绕转子，并且以不能旋转的方式连接至转子的电极可以在转子的外边缘上连接至转子。
[0012]在另外的改进方案中，提供电刷以将单极电机的转子优选地在盘的外边缘上电连接至燃料电池的电极，并且提供另外的电刷来以导电的方式将转子轴连接至燃料电池的另一电极。在这种情况下，燃料电池可以以环形形状围绕转子轴以及转子，而燃料电池的电极在单极电机的操作期间不会随着转子旋转。
[0013]在另一实施方式中，重整器被集成到驱动系统中。具有单极电机、燃料电池和重整器的驱动系统则可以被视为可以向其供应燃料(例如但不限于氨或甲烷)的驱动模块。氢由重整器中的燃料产生。
[0014]穿过单极电机的盘的磁场由作为单极电机的一部分的至少一个磁体产生。在一个实施方式中，至少一个磁体是电磁体。电磁体例如可以由发电机供应电流，其中发电机可以由单极电机驱动。然而，在另一实施方式中也可以想到使用永磁体作为单极电机的磁体。
[0015]通常应注意的是，单极电机可以通过燃料电池的燃料供应来控制。为了使得能够在较短的反应时间内实现精确控制，燃料电池必须具有高度动态性。如果可能的话，燃料电池应该在不过度的情况下操作，以避免在负载变化时溢出。供应的氢或氧应快速且均匀地分布在电极表面上，而不在燃料电池的区域中形成氢或氧的积聚，氢或氧的积聚在燃料供应中断或减少后会作用于电极到期望的程度。此外，只要其磁体是电磁体，单极电机的行为就会受到线圈干预的影响，例如当负载被自发移除时。单极电机的行进方向可以通过反转磁场的方向、即通过改变电磁体的绕组中的电流的方向来改变。
[0016]例如，用于燃料电池的氢可以以纯净形式存在于压力容器中，作为复合物(例如，
氨、甲烷、甲醇)存在，或结合在固体或液体中。例如，氧可以以纯净形式储存或从空气中提取。
[0017]可以使用不同类型的燃料电池。例如，具有碱性电解质如氢氧化钾溶液的燃料电池。另外的非限制性示例是膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池或固体氧化物燃料电池。
[0018]根据本专利技术的机动车辆具有如上所述的具有单极电机和燃料电池的驱动系统。单极电机旨在为机动车辆提供牵引扭矩。
[0019]在一个实施方式中，单极电机驱动另外的电机。这可以是用于为机动车辆的低压电气系统供电的发电机。由单极电机驱动的发电机还可以为单极电机的电磁体或对于燃料电池中的燃料的重整器供应电力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有燃料电池(3)的驱动系统(1)，其特征在于：单极电机(2)，所述燃料电池(3)被设置成用于为所述单极电机(2)提供电能。2.根据权利要求1所述的驱动系统(1)，其中，所述燃料电池(3)以环形形状围绕所述单极电机(2)的转子(4)的转子轴(5)。3.根据权利要求2的驱动系统(1)，其中，所述燃料电池(3)的一个电极(31)以不能旋转的方式连接至所述转子(4)。4.根据权利要求3所述的驱动系统(1)，其中，通过旋转馈通件(52)和至所述转子轴(5)和转子(4)的通道(53)发生向所述电极(31)的燃料供应(100)，所述电极以不能旋转的方式连接至所述转子(4)。5.根据权利要求2所述的驱动系统(1)，其中，所述燃料电池(3)的一个电极(31)借助于电刷(7)导电地连接至所述转子(4)，以及所述燃料电池(3)的另外的电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥拉夫，
申请(专利权)人：舍弗勒技术股份两合公司，
类型：发明
国别省市：