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Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten (FuE) für elektrifizierte Antriebe haben in den vergangenen Jahren deutlich an Intensität und Dynamik gewonnen, was sich an stark gestiegenen Patentanmeldungen zeigt und auch in einem internationalen Benchmark messen lässt. Der Fokus dieser Kurzstudie liegt auf der Identifikation von Treibern der Technologieentwicklung im Bereich „Brennstoffzelle für den elektrifizierten Fahrzeugantriebsstrang“ und dem Monitoring von FuE-Aktivitäten der deutschen Automobilindustrie im internationalen Vergleich.
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Herkömmliche Schleifkontakte, wie Kohlebürsten, zur Speisung elektrisch erregter Synchronmaschinen können durch die kontaktlose Energieübertragung ersetzt werden. Hierbei wird die Erregerleistung mittels zweier induktiv gekoppelter Überträgerspulen kontaktlos in den Rotor
übertragen. Es gibt verschiedene Lösungsansätze. Sie unterscheiden sich nach Anwendungsfeld in der Spulentopologie sowie der Ansteuerungseinheit. Häufig wird das System am Wellenende oder integrativ in der Welle implementiert.
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Die Herstellung von Multi-Component-Magneten erfolgt durch chemische Bearbeitung der Mikrostrukturen der Magnete mittels Spark-Plasma-Sintering (SPS). Es zielt auf eine Verbesserung der Eigenschaften des Magneten ab. Die so erstellte individuelle Struktur von Materialphasen bietet eine gezielte Realisierung von Koerzitivität und höherer Magnetisierung.
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Der Reluktanzmotor kommt ohne Magnete aus und besteht lediglich aus einem gezahnten Stator und einem Rotor mit ausgeprägten Polen. Die Statorspulenpaare werden abwechselnd bestromt. Die Rotorzähne richten sich entsprechend des Magnetfeldes aus, sodass der magnetische Widerstand (Reluktanz) möglichst gering ist. Je nach Umschaltzeitpunkt und Bestromung der Spulenpaare können variable Drehzahlen erreicht werden. Bei der Ausführung einer synchronen Reluktanzmaschine erfolgt die Ansteuerung über einen Drehstromwechselrichter, während eine geschaltete Reluktanzmaschine über eine blockförmige Bestromung der Stränge angesteuert wird.
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Einsatz von Drähten mit rechteckigen Querschnitten zur Realisierung der Statorwicklungen. Dabei werden die einzelnen U-shaped Pins axial eingesetzt und an den Enden miteinander verdreht und verschweißt. Durch anschließendes Isolieren werden Kurzschlüsse verhindert.
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Eine Art der Verbesserung von Magneten ist die reduzierte Nutzung von Rare Earth Elements (REE) und Heavy Rare Earth Elements (HREE). Als Alternativen zu diesen Magneten und reinen Ferrit-Kern-Magneten bieten sich Fe-Co-Cr & Al-Ni-Co als Kernmaterial an. Ihre Eigenschaften reichen nicht ganz an HREE-REE-haltige Magnete heran, sind im Gegensatz zu reinen Ferrit-Magneten aber leistungsstärker.
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Die Endloswicklung von außen mit assimiliertem Stator ist eine Wicklungstechnik, um die Kupferdrähte des Stators effizient zu wickeln. Hierbei sind Statorzähne und -joch als einzelne Komponenten gefertigt. Die Drähte werden seitlich versetzt um ein rotierendes Schwert gewickelt. Im Anschluss werden diese Wicklungen komprimiert und abisoliert. Die bearbeiteten Wicklungen werden gemeinsam mit Isolationspapier auf die auf einer Spannrolle befestigten Zähne ausgerollt. Final wird das Joch des Stators über Schwalbenschwanzverbindungen auf die Zähne aufgepresst und das Spannwerkzeug entfernt.
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Die Statoren und Rotoren sind axial entlang der Welle gestapelt. Mögliche Anordnungen sind R-St-R, auch Innenstator oder Torus-Topologie genannt, oder St-R-St. Die Permanentmagnetscheiben sind auf dem Rotor angebracht. Der resultierende magnetische Fluss dieser Anordnung verläuft in axialer Richtung, parallel zur Welle. Anstatt der verteilten Wicklung, welche im Bereich des Radialflussmotors eher verbreitet ist, werden im Axialflussmotor vorrangig konzentrierte Wicklungen
eingesetzt. Bei den Wicklungen handelt es sich meist um CNC-gebogene Spulen (Edgewise-Bending).
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Diese in den Stator integrierte Kühlung ist für Axialflussmaschinen ausgelegt. Es wird ein viskoses Kühlmittel axial über eine Düse am Wickelkopf direkt auf die Wicklungen gesprüht. Dabei gibt es pro Wicklung eine Düse. Es umschließt in der Folge die Wicklung, indem es in den Luftspalten zwischen der Wicklung und dem Rotor nach innen herunterfließt. Eine Pumpe befördert das in einem Wärmetauscher abgekühlte Kühlmittel wieder zu den Düsen. Diese Art der Kühlung existiert in ähnlicher Form auch für Radialflussmotoren. Hierbei werden die Wicklungsenden mittels Düsen oder einem Düsenring mit Kühlflüssigkeit (meist Öl) direkt besprüht.
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