LDE-M
In Zukunft können vor allem Plug-In-Fahrzeuge die traditionellen Nutzerbedürfnisse nach Reichweite und Komfort befriedigen. Hierzu werden allerdings sehr kompakte, aber gleichzeitig leistungsstarke E-Antriebe benötigt. Die elektrischen Antriebe, bestehend aus leistungselektronischen Stellgliedern und elektrischen Maschinen, müssen nicht nur sehr restriktiven Bauraumvorgaben genügen, sondern auch speziell auf die Erfordernisse und Umwelteinflüsse im Automobil abgestimmt sein. In den zurzeit realisierten Elektro- und Hybridfahrzeugen werden Leistungselektronik und Elektromaschine als separate Komponenten im Fahrzeug verbaut. Dies erfordert separat ausgeführte Kühlsysteme und einen erheblichen Aufwand an Leitungsverlegung. Im Rahmen des Projektes LDE-M sollen daher Kühlverfahren für Leistungselektronik und elektrische Maschine so optimiert werden, dass unter Berücksichtigung von Aufwand und Kosten eine optimale Abführung der Verlustwärme sowohl im Elektronikteil als auch in der Maschine gesichert werden kann. Ziel ist es dabei, die realisierbare Leistungsdichte zu erhöhen.
Im Vorhaben werden sowohl die Hardware als auch die erforderlichen Komponenten zur fahrzeugtauglichen Systemintegration entwickelt. Im Vordergrund stehen hier die Simulation, Auslegung, Optimierung und die Prüfstandserprobung des Hochleistungselektroantriebs. Es ist geplant, die Ergebnisse zum Projektende in zwei Versuchsfahrzeugen unter realen Bedingungen in einem Feldtest zu validieren, um weitergehend die Energieeffizienz und das CO₂-Reduktionspotenzial des Antriebs zu ermitteln.
Das Vorhaben soll wichtige Beiträge zur Steigerung der Leistungsdichte elektrischer Antriebe liefern, und damit die Verbreitung der Elektromobilität voranbringen. Entsprechend den Projektzielen wurde bei der Konstruktion der neuen Elektromaschine ein hocheffizientes Kühlsystem entwickelt. Mittels umfangreicher Simulationen und Messungen ist die Auslegung einer geeigneten Kühlerstruktur gelungen. Damit können die im Antriebssystem entstehenden Kupfer-, Eisen- und Halbleiterverluste sicher abgeführt werden.
Zudem war eine Anpassung der leistungselektronischen Schaltelemente an die Bauraumbeschränkungen des Umrichters notwendig, verbunden mit einer sehr kompakten Stromschienenführung.
Weiterhin wurde ein umfangreiches Maßnahmenpaket zur angestrebten Steigerung der Leistungsdichte zusammengestellt. Eine neuartige Wicklungsauslegung ermöglicht eine gesteigerte Stromtragfähigkeit. Die Optimierung des magnetischen Kreises erhöht das zu stellende Wellen-Drehmoment und verringert gleichzeitig die Maschinenverluste. In die gleiche Richtung zielt ein in diesem Projekt entworfenes Ansteuerverfahren. Grundlegend für die Umsetzung dieses Maßnahmenpakets sind speziell ausgewählte Materialien für Isolation sowie für die weich- und hartmagnetischen Werkstoffe.
Im Rahmen des öffentlich geförderten Projektes konnten Ergebnisse erzielt werden, die den Entwurf und die Realisierung leistungsdichter Elektroantriebe entscheidend unterstützen und vereinfachen werden. Sie werden damit künftig eine deutliche Effizienzsteigerung des Entwurfsprozesses bewirken.