Durch die Veränderung politischer und gesellschaftlicher Rahmenbedingungen sowie die stetige technologische Weiterentwicklung der Energiespeichersysteme wird in den kommenden Jahren ein deutlicher Anstieg des Marktanteils elektrisch angetriebener Fahrzeuge erwartet. Aufgrund des lokal emissionsfreien und geräuscharmen Antriebs eignen sich Elektrofahrzeuge in besonderem Maße für den Einsatz innerhalb urbaner Ballungszentren.
Der elektrische Radnabenantrieb bietet durch die Verlage¬rung der Antriebseinheit in das Rad zudem das Potenzial, die Raumeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern. Hierdurch kann dem Kundenwunsch nach einem komfortablen Insassenraum und einem ausreichend dimensionierten Transportraum bei gleichzeitig möglichst kompakten Außenabmessungen des Fahrzeugs entsprochen, und ein Beitrag zur effizienteren Nutzung der begrenzten Verkehrsfläche in Städten geleistet werden. Eine Quantifi¬zierung der tatsächlich realisierbaren Raumeffizienzvorteile ist bisher jedoch nicht erfolgt. Ziel dieser Arbeit war daher die Analyse des Einflusses elektrischer Radnabenantriebe auf die Raumeffizienz von Personenkraftwagen.
Aktualisiert: 2021-12-30
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Elektrische Radnabenantriebe sind aufgrund der geringen Leistungsdichte und den daraus resultierenden hohen Kosten bisher nur vereinzelt und in Nischen in mobilen Arbeitsmaschinen im Einsatz, wobei bisher nicht auf elektrische Maschinen mit hohem Drehzahlniveau gesetzt wurde.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde erstmalig das Potenzial schnell drehender, elektrisch-mechanischer Antriebe, eingesetzt als Fahrantriebe für mobile Arbeitsmaschinen hinsichtlich Leistungsdichte, Effizienz und erzielbarer Geschwindigkeitsspreizung bewertet und nutzbar gemacht. Hierzu wurde eine Methodik zur Projektierung schnell drehender, elektrisch-mechanischer Fahrantriebe für mobile Arbeitsmaschinen vorgestellt und beispielhaft für Radnabenantriebe eines Ackerschleppers angewandt.
Das Potenzial wurde anhand der Komponenten- und Systemerprobung der realisierten Prototypen aufgezeigt. Der Benchmark mit den etablierten und konkurrierenden hydrostatisch-mechanischen Radnabenantrieben zeigte auf, dass schnell drehende elektrisch-mechanische Fahrantriebe trotz der unterlegenen Leistungsdichte, jedoch aufgrund der besseren Effizienz und der größeren, stufenlos erreichbaren Geschwindigkeitsspreizung eines Fahrzeugs zukünftig das Potenzial zur Substitution der herkömmlichen hydrostatisch-mechanischen Antriebssysteme im Bereich mobiler Arbeitsmaschinen besitzen.
Aktualisiert: 2023-03-30
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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.
Aktualisiert: 2020-12-08
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