Voor de wikkelingen van de ‘Lara’ luchtgekoelde wielnaafmotor met hoog draaimoment/kg worden door het Fraunhofer IFAM ontwikkelde gegoten spoelen gebruikt voor een maximale vullingsgraad van de groeven. De groeven zijn uitgevoerd in aluminium om op gewicht te besparen bij minimale grondstofkosten. Als resultaat wordt een functioneel betrouwbaar en onderhoudsvrij aandrijfsysteem verkregen met geringe productiekosten. Dit wordt voor het eerst getoond op de IAA (Internationale Automobiel Tentoonstelling) 2015 in Frankfurt/Main.
De motor wordt ingebouwd als directe aandrijving voor alle vier de wielen van een klein stadsvoertuig. Een belangrijke uitdaging vormt het noodzakelijke draaimoment, dat nodig is voor het gebruik van het voertuig in de stedelijke omgeving met een hoog rendement en tegelijkertijd een technisch simpele luchtkoeling voor het afvoeren van de thermische verliezen. De uitdaging van directe aandrijving.
Wielnaafmotoren bieden de mogelijkheid om kosten en energieverbruik van elektrische voertuigen te verminderen door het wegvallen van componenten van de klassieke mechanische aandrijving. Ook ontstaat hiermee ruimte in het voertuig, wat realisering van actieve veiligheidsconcepten mogelijk maakt, door de onafhankelijke instelling van het draaimoment aan elk aangedreven wiel. Hoge eisen voor het hoge draaimoment van wielnaafmotoren vereisen een extra gebruik van kostbare grondstoffen als koper en NdFeB-magneten, evenals waterkoeling met daarbij de extra investering binnen de voertuiginfrastructuur. Ook worden vanwege de onafhankelijke draaimoment instellingen hoge eisen gesteld aan de functionele veiligheid.
Het Fraunhofer IFAM heeft daarom een luchtgekoelde wielnaafmotor ontwikkeld, die de potentie van innovatieve productietechniek en een alternatieve elektrische topologie benut, om zowel de hoge aandrijfmomenten als de optimale functionele veiligheid te kunnen waarborgen.
Gegoten aluminium wikkeling
Door het gebruik van de technisch gegoten spoelen kan de doorsnede van de geleiders precies worden aangepast aan de ter beschikking staande inbouwruimte. Het maakt een vulfactor van de groeven mogelijk tot meer dan 80%, waarmee een maximale geleider-doorsnede in de groef samen met een optimaal thermisch contact van de geleider voor de koeling kan worden bereikt. Dit zorgt voor een belangrijke verbetering van de warmteafvoer van de wikkeling ten opzichte van de conventionele draadwikkelingen.
Ondanks de geringe hogere specifieke weerstand van het gebruikte geleider-materiaal aluminium ten opzichte van koper kan op deze manier in de luchtgekoelde elektrische machine een stroomdichtheid worden gehaald met het niveau van conventionele watergekoelde machines. Dit levert in totaal een vermindering op van het gewicht en de kosten, terwijl tegelijkertijd een hoger draaimoment en vermogen kan worden bereikt.
De uitdaging hierbij vormt de ontwikkeling van de isolatiecoating. Bij het Fraunhofer IFAM worden daarom coatings ontwikkeld, die ook bij hogere bedrijfstemperaturen voor een veilige elektrische isolatie zorgen. Bovendien moet de laagdikte zo klein mogelijk en uniform zijn. Hierbij worden nat-chemische processen, lage druk plasmaprocessen en de LightPLAS-technologie gebruikt.
Veiligheid in het hele systeem
In het samenspel met de door het Fraunhofer IISB ontwikkelde luchtgekoelde omvormer voor de aandrijving met een innovatieve topologie worden de gevolgen van fouten door een componentstoring of een kortsluiting minimaal. Hiermee wordt binnen de combinatie met de redundante motorsturing en met inachtneming van de eisen voor de functionele veiligheid, een her-configurerend aandrijfsysteem ter beschikking gesteld als er onverhoopt een fout zou optreden. Door deze redundantie worden de bij een defect optredende remmomenten gecompenseerd, zodat verder rijden, bijvoorbeeld naar de werkplaats, mogelijk is.
