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Newcomerin im Bereich Maschinenentwicklung

Neues Antriebssystem für Elektrofahrzeuge

Hochschule Landshut und Silver Atena entwickeln E-Motor mit integrierter Leistungselektronik, der leicht und kostengünstig herstellbar ist

 

Projekt startete am 01. April 2019

Vor dem Hintergrund von Klimaschutz, Abgasnormen und drohenden Diesel-Fahrverboten rückt die Elektromobilität wieder zunehmend in den Fokus der öffentlichen Diskussion – und damit das Ziel, die Technik für Elektroautos weiterzuentwickeln. Gemeinsam mit dem Unternehmen Silver Atena arbeitet die Hochschule Landshut nun im Rahmen des Forschungsprojekts „Ines Selma – Integriertes ElektroantriebsSystem mit skalierbarer Elektronik und Maschine” daran, eine neue, leicht herstellbare und kostengünstige Technologie für den kompletten elektrischen Antrieb zu entwickeln. Diese basiert auf einem Elektromotor mit integrierter Leistungselektronik, Sensorik und Regelung und soll in Zukunft als Antrieb für Elektro- und Brennstoffzellen-Fahrzeuge, als Starter-Generator sowie als Antriebsmotor in der Luftfahrt Anwendung finden. Das Projekt startet am 01. April 2019 und wird voraussichtlich bis März 2022 laufen.

Modularer Aufbau und kostengünstige Produktion

Neben Batterie und Leistungselektronik ist der Elektromotor der zentrale Bestandteil eines jeden E-Autos. Er wandelt elektrische Energie in mechanische Energie, indem stromdurchflossene Leiterspulen Magnetfelder erzeugen, deren gegenseitige Anziehungs- und Abstoßungskräfte letztlich ein Drehmoment erzeugen, wenn wir auf das Gaspedal treten. Im Rahmen eines Forschungssemesters wurde an der Hochschule Landshut bereits die Grundidee für das neue Elektromaschinenkonzept entwickelt. Das Besondere an dieser sogenannten Axialflussmaschine ist ihr modularer Aufbau aus U-Kernen sowie die Verwendung von Standardbauelementen wie UI30-Kernblechen und Steckspulen.

„Das macht die Maschine sehr leicht herstellbar und je nach Bedarf skalierbar – für kleinere Fahrzeuge verwendet man einfach weniger Joche, für größere mehr”, erklärt Prof. Dr. Alexander Kleimaier, Projektleiter an der Hochschule Landshut. Ein weiterer Vorteil des Motors ist, dass für die Herstellung weniger Kupfer und weniger Magnetmaterial (seltene Erden) nötig ist, was die Produktion im Vergleich zu klassischen E-Motoren wesentlich kostengünstiger macht. Darüber hinaus ist der Motor selbst bei Fehlern in einzelnen Wirkungsteilen kurzschlussfest, wodurch das System zuverlässig und ausfallsicher ist.

Komplettes System aus Maschine und Elektronik

Diesen Motor will Kleimaier nun im Rahmen des Projekts weiterentwickeln, vom Versuchsaufbau im Labor hin zu einem fahrzeugtauglichen Prototyp. „Im Moment sind wir mit der Geräuschentwicklung noch nicht zufrieden”, erzählt Kleimaier, „und die Anforderungen an die Leistungselektronik sind noch zu hoch. Daran müssen wir noch arbeiten.” Parallel dazu befasst sich Silver Atena mit eben dieser Leistungselektronik, welche die Maschine ansteuert und mit der Fahrzeugsteuerung kommuniziert. Aus der Kombination dieser beiden Komponenten soll so ein komplettes elektrisches Antriebssystem entstehen, das in dieser Form Maschine, Elektronik, Regelungssoftware und Sensorik optimal aufeinander abstimmt und auf Systemebene integriert.

Ziel ist Anwendbarkeit für Fahrzeuge

Bis es soweit ist, liegt vor Kleimaier und Silver Atena noch ein weiter Weg: „Im ersten Schritt entwickeln wir parallel die beiden Komponenten Maschine und Elektronik und stimmen sie aufeinander ab. Im zweiten Schritt kombinieren wir beides miteinander und nehmen es drittens auf dem Prüfstand in Betrieb, um zu sehen, ob das System auch fahrzeugtauglich ist”, erklärt Kleimaier die verschiedenen Projektphasen. Im vierten Schritt werden schließlich die Faktoren verbessert, die beim Prüfstand negativ aufgefallen sind. „Unser Ziel ist, das neue System für Fahrzeuge anwendbar zu machen”, so Kleimaier. Gelingt das, kann sich die Hochschule Landshut als Newcomerin auf dem Gebiet der Maschinenentwicklung endgültig etablieren. Der Patentantrag für die Axialflussmaschine ist jedenfalls schon auf den Weg gebracht.

Über das Projekt

Das Projekt „Ines Selma – Integriertes ElektroantriebsSystem mit skalierbarer Elektronik und Maschine” läuft voraussichtlich bis März 2022. Der Projektleiter an der Hochschule Landshut ist Prof. Dr. Alexander Kleimaier. Die Finanzierung des Projekts übernimmt das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Die Gesamtsumme liegt bei 1.040.045 Euro. Projektpartner: Silver Atena Electronic Systems Engineering GmbH
Projektleitung: Hochschule Landshut / Silver Atena (je nach Arbeitspaket)
Projektleitung Hochschule Landshut: Prof. Dr. Alexander Kleimaier, Fakultät Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen
Fördersumme: 300.045 Euro
Gesamtprojektsumme: 1.040.045 Euro
Finanzierung: Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie

Prof. Dr. Alexander Kleimaier entwickelte an der Hochschule Landshut den neuen Elektromotor.

Die Elektromaschine ist einfach herstellbar: Die U-Joche für den Eisenkreis können aus Standard-Kernblechen hergestellt werden, die Spulen der Statorwicklung werden einfach aufgesteckt. Durch ihren modularen Aufbau ist die Maschine sehr leicht skalierbar – je nachdem wie viele Joche und Spulen verwendet werden.

Um zu testen, ob der Antrieb fahrzeugtauglich ist, kommt die komplette Maschine auf den Prüfstand – was bei dieser komplexen Technologie eine anspruchsvolle Aufgabe ist.

 

Mit dem neuen Projekt will sich die Hochschule Landshut als Newcomerin im Bereich Maschinenentwicklung etablieren.

 

Fotos: Hochschule Landshut