Entwicklung der fremderregten E-Maschinentopologie I2SM für einen nachhaltigen, kompakten und effizienten Antriebsstrang zukünftiger E-Fahrzeuge

Autoren

C. Sasse, M. Beringer, ZF Friedrichshafen AG, Schweinfurt:

Jahr

2024

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Unsicherheiten in der Lieferkette und die Ziele zur Nachhaltigkeit haben einen drastischen Effekt auf die Technologielandschaft der Elektromobilität. In diesem Kontext wurde bei ZF die ohnehin nachhaltige und magnetfreie E-Maschinentopologie der fremderregten Synchronmaschine (SESM) durch einen hochintegrierten induktiven Erreger und weitreichende Systemansätze zu einer Alternative zu gängigen permanenterregten Synchronmaschinen weiterentwickelt. Die sogenannte I²SM (In-rotor Inductively Excited Synchronous Machine) kombiniert dabei höchste Effizienz und Leistungsdichte – gleichzeitig verzichtet das Design dabei auf kritische Materialien wie Magnete und die darin enthaltenen Seltenen Erden. Basierend auf dem Ansatz der I²SM kann der CO₂-Footprint (upstream) um 50 % im Vergleich zu typischen permanenterregten Synchronmaschinen (PSMs) reduziert werden. Eine der wesentlichen Verbesserungen des I²SM-Konzepts basiert auf dem bis zu 90 mm kleineren Übertrager (im Vergleich zu klassischen Schleifringsystemen), der in der Rotorwelle sitzt und gänzlich im Ölraum und damit ohne Dichtungen angeordnet ist. Dieser Bauraumgewinn schafft weitere Effizienzpotentiale im Gesamtsystem. Ferner kommt die induktive Leistungsübertragung ohne reibende Elemente wie Kohlebürsten oder Simmerringen aus, was zusätzlich die mechanischen Verluste reduziert und einen verschleißfreien Betrieb garantiert.

Im Beitrag wird ganzheitlich eingeordnet, wo die Vorteile dieses Motors gegenüber dem Standard für Primärantriebe, der permanenterregten Synchronmaschine, liegen und Einsatzmöglichkeiten bezogen auf das Gesamtfahrzeug aufgezeigt. Die I²SM spielt ihre Stärken als Primärantrieb bei höheren Geschwindigkeiten mit prinzipbedingt sehr hoher Effizienz aus. Des Weiteren eröffnet sie auch neue Perspektiven als Sekundärantrieb eines allradgetriebenen Elektrofahrzeugs, was bisher anderen Antriebskonzepten vorbehalten war.

ISBN

978-3-9504969-3-2

DOI

https://doi.org/10.62626/3gwx-xs4p