HeAL HeAL – Hocheffizienter eisenloser Antrieb für Leichtbau-Hybridfahrzeuge

Projektverlauf

Die technischen Ziele konnten erzielt und teilweise übertroffen werden. Durch Ressourcenengpässe kam es zwar zu einer kostenneutralen Verlängerung der Projektlaufzeit, wobei aber der finanzielle Rahmen eingehalten wurde.Im Rahmen des Projektmanagement erfolgte vor allem die Koordination, Planung und Durchführung von Meetings, sowie die Überwachung und Überprüfung der Ergebnisse. Die Planung und Koordination der Herstellung und Prüfungen im Einklang mit den in den Partnerunternehmen vorhandenen Ressourcen war eine große Herausforderung, konnte aber schlussendlich mit der Vermessung der Funktionsmuster erfolgreich abgeschlossen werden. Die Kommunikation mit dem Management des KLIEN und die Koordination der Erstellung der Berichte waren vor allem für die Sichtbarkeit des Projektes von großer Bedeutung.

Meilensteine

1. Lastenheft erstellt
2. Definition des Funktionsmodells abgeschlossen
3. Zwischenbericht
4. Funktionsmodell gefertigt
5. Umrichter und Prüfungsvorbereitung abgeschlossen
6. Funktionsmodell vermessen
7. Endbericht

Ergebnisse

Die Berechnungsergebnisse und Fertigungsvorversuche mündeten in der Herstellung und Vermessung von 2 Funktionsmustern. Für zukünftige Verbreitungsmaßnahmen wurde ein Demonstrator hergestellt, um den Gesamtaufbau anschaulich präsentieren zu können.

Die Messergebnisse bestätigen bzw. übertreffen die geplanten Leistungsdaten des Motors hinsichtlich Kenndaten und thermischer Überlastbarkeit. Durch das erzielte Nennmoment von 55 Nm erhöht sich die Wicklungstemperatur um rund 30°C. Dadurch konnte die Überlastfähigkeit (geplant 5-faches Nennmoment für 10s) mit 20s ausgehend vom Nennpunkt (stationäre Drehzahl) verdoppelt werden. Das Maximalmoment wurde nur durch den Messbereich der Drehmomentmesswelle begrenzt und kann nun mit 295 Nm angegeben werden. Das Ziel, Verhältnis des nominalen Drehmoment zu Gewicht (>2.5 Nm/kg), konnte mit 2.75 Nm/kg ebenfalls erfüllt werden. Das im Bereich der elektrischen Maschinen üblicherweise angegebene Verhältnis, Gewicht zu aktiver Masse (in diesem Fall nur die Wicklung + Magnete), liegt mit 4.8 Nm/kg im Bereich konventioneller Antriebe. Das Wirkungsgrad – Kennlinienfeld, dargestellt in Abb. 23 zeigt den wesentlichen Vorteil des eisenlosen Konzepts im Vergleich zu konventionellen E-Motoren. Während sich der Bereich des maximalen Wirkungsgrads normalerweise nur auf einen kleinen Bereich beschränkt, kann der HeAl Motor bereits mit kleinen Momenten im unteren Drehzahlbereich mit höchstmöglichem Wirkungsgrad betrieben werden. Beschleunigt man das Fahrzeug mit Nennmoment kann man das günstige Verhalten ebenfalls nutzen, d.h. auch um unteren Drehzahlbereich können Betriebspunkte mit vergleichsweise hohem Wirkungsgrad gefahren werden, um die zur Verfügung stehende Batteriekapazität optimal verwenden.

Die Verwendung von Selten-Erde Magneten stellt den wesentlichen Nachteil des Konzepts dar. Die geforderten Leistungsdaten können jedoch nicht anders erzielt werden. Besonders die unsichere Preisgestaltung der Magnete erschwert die Bewertung des Konzepts hinsichtlich der kommerziellen Umsetzbarkeit. Alternative Rohstoffquellen werden in Zukunft jedoch zur Stabilisierung der Preise beitragen.

Da kleine Leichtbaufahrzeuge im Allgemeinen mit kleinen Reifen realisiert werden, lässt sich das Konzept mit rund 20″ Reifen nicht direkt anwenden. Für Anwendungen mit geschlossenem Radkasten oder bereits während des Fahrzeugdesign geplanten größere Reifen, könnte der HeAL Motor entsprechend der Leistungsvorgaben unter geringem Aufwand adaptiert werden.

Downloads

• FFG-HeAL-publizierbarer-endbericht.pdf