AM0 / EA0: Neuartige Entwurfsprozesse und Designmöglichkeiten

Ein Zentrales Element in einem emissionsfreien Antriebsstrang ist die elektrische Maschine. Diese muss nicht nur den fahrdynamischen Anforderungen genügen, sondern soll u.a. auch möglichst preisgünstig, ressourcenschonend und hocheffizient sein. Drei maßgebliche Stell-schrauben können dazu beitragen – Topologie, Regelung und Werkstoffe. Bei der Topologie bzw. dem Maschinentyp bietet die Auswahl zwischen Asynchron- und Synchronmaschinen, Axialfluss- und Transversalflussmaschinen, permanentmagnetisch oder elektrisch erregt die Möglichkeit, verschiedene Anforderungsprofile zu erfüllen. Im Bereich der Regelung können optimierte- und neuartige Regelverfahren zur Effizienzsteigerung beitragen. Die dritte Stell-schraube betrifft die verwendeten Werkstoffe. Von der Entwicklung neuartiger Werkstoffe ist dabei nach heutigem Stand der Technik ein hohes Potential zu erwarten. Weiteres Potenzial bietet sich durch die Umsetzbarkeit von additivgestützten Leichtbauansätzen.

Die Materialien einer E-Maschine lassen sich in vier wesentliche Kategorien einteilen: Rein mechanisch beanspruchte Teile wie z.B. Welle und Gehäuse, hartmagnetische Werkstoffe (Permanentmagnete), weichmagnetische Werkstoffe und elektrische Leiter. Das Teilprojekt behandelt die Entwicklung und den Einsatz von neuartigen, additiv hergestellten weich- und hartmagnetischen Werkstoffen, von in die Strukturen gedruckten elektronischen Systemen, deren mechanische Integration sowie den konsequenten Einsatz additiv hergestellter Strukturen für den Leichtbau im Design Prozess der E-Maschine. Neben den mechanischen Anforderungen sind vor allem die elektromagnetischen Eigenschaften und die Integrierbarkeit von größtem Interesse. Gelingt es beispielsweise weichmagnetische Werkstoffe mit höheren Permeabilitätszahlen und Sättigungsgrenzen und niedrigeren spezifischen Verlusten in elektrischen Maschinen einzusetzen, können elektrische Antriebe mit weitaus höheren Wirkungsgraden und Leistungs- bzw. Drehmomentdichten gebaut werden, als dies heute möglich ist.