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Hochausgenutzte kompakte E-Maschinen zum Einsatz in Radnabenantrieben

Von:

Kersten Reis

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Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung unterschiedlicher Motorentypen und Antriebskonzepte zum Einsatz als Radnabenantrieb für PKW. Der betrachtete PKW soll von zwei oder vier Motoren mit einer Bemessungsleistung von je 20kW und einer kurzzeitigen Spitzenleistung von 40kW angetrieben werden. Es soll ein Feldschwächbereich von 1:3 realisiert werden, um den Frequenzumrichter möglichst klein dimensionieren zu können. Zunächst werden die zwei grundlegenden Antriebskonzepte, Direktantrieb und Hochdrehzahlantrieb mit Getriebe, vorgestellt. Basierend auf Simulationen werden für beide Konzepte verschiedene Motortypen, wie permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PMSM) als Innen- und Außenläufer in Radial- und Axialflussausführung, sowie Asynchronmotoren untersucht. Für die Direktantriebe ist die Wicklungsauslegung von zentraler Bedeutung. Eine Bewertung von Zahnspulenwicklungen mit verschiedenen Bruchlochzahlen erfolgt hinsichtlich einer geringen Drehmomentwelligkeit und dem Verhalten im Feldschwächbereich. Als Zielkonzept wurde eine PMSM als Direktantrieb konstruiert, gebaut und am Prüfstand vermessen. Im Gegensatz zu kommerziell verfügbaren Produkten wurde für den gebauten Prototypen eine forcierte Luftkühlung mit Fahrtwind realisiert und am Prüfstand im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) validiert. Mit zwei gefertigten Rotoren werden die konstruktiven Herausforderungen einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen Rotorblechpaket und Rotorgehäuse aufgezeigt. Zur Bewertung der unterschiedlichen Antriebskonzepte wird der Energieverbrauch im Fahrzyklus betrachtet. Es zeigt sich, dass der Direktantrieb aufgrund des fehlenden Getriebes im NEFZ den geringsten Energieverbrauch aufweist.