Entwicklung einer permanenterregten Axialflussmaschine mit direkter Wicklungskühlung für einen 48V-Mild-Hybrid Antriebsstrang

Autoren

Dipl.-Ing. C. Schwella, Assoc. Prof. Dr. techn. P. Hofmann, Institut für Fahrzeugantriebe & Automobiltechnik (IFA), Technische Universität Wien; Dipl.-Ing. R. Morawetz, Dipl.-Ing. Dr. techn. D. Andessner, Dipl.-Ing. C. Sandner, Miba eMobility GmbH, Vorchdorf:

Jahr

2023

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Das 48V-Bordnetz erlaubt es bestehende Fahrzeugplattformen mit geringem Kosteneinsatz zu hybridisieren, dabei kommen E-Maschinen mit bis zu 30 kW Leistung zum Einsatz. Am Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik der TU Wien wurde gemeinsam mit Miba eMobility eine kompakte Axialflussmaschine (PMSM) mit hoher Drehmomentdichte entwickelt, die als Traktionsantrieb für ein P2-Mild-Hybrid System konzipiert wurde. Hauptaugenmerk wurde dabei auf die Realisierung einer Statorkühlung gelegt, bei welcher die Kupferwicklungen direkt vom Kühlmedium Wasser-Glykol umspült werden. Dadurch wird die Einbindung in den Verbrennungsmotor-Kühlkreislauf ermöglicht sowie eine signifikant höhere Auslastung und Überlastfähigkeit im Vergleich zu konventionellen E-Maschinen mit Mantelkühlung erreicht.

Zur Festlegung der E-Maschineneckdaten wurden im Fahrzeugsimulationsmodell E-Motorparameter und -kühlungsvarianten sowie die Hybridtopologie variiert und hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch bewertet. Im Zuge der Kühlkonzeptentwicklung wurde die Strömungsführung des Kühlmittels innerhalb des Stators festgelegt und Alterungsuntersuchungen, unter anderem zur Auswahl eines Wasser-Glykol beständigen Wicklungsdrahts, durchgeführt.

Die direkte Wicklungskühlung wurde am E-Motorprüfstand sowohl in stationären Messungen, als auch in dynamischen Fahrzyklen (WLTC, RTS95) untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die neuartige Flüssigkeitskühlung gegenüber einer herkömmlichen Mantelkühlung eine weit überlegene Kühlleistung aufweist. Aufgrund der hervorragenden Entwärmungseigenschaften der direkten Wasser-Glykol-Kühlung lässt sich ein kompaktes Maschinendesign realisieren und das thermisch nicht eingeschränkte Potential des 48V-Mild-Hybrid Systems hinsichtlich Kraftstoffeinsparung ausnutzen.

ISBN

978-3-9504969-2-5