Zusammenfassung

Die Hybridtechnologie wird von Experten in der Automobilbranche, als die Schlüsseltechnologie der nächsten Jahrzehnte gehandelt. Viele namhafte Automobilhersteller richten ihren Focus von Forschung und Entwicklung auf diese aufstrebende Technologie. Der Vorteil des Hybridfahrzeuges liegt in der Elektrifizierung des Antriebstrangs. Durch intelligente Kombination von Verbrennungs- und Elektromotor können die jeweiligen Vorteile der unterschiedlichen Antriebsarten genutzt werden.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Betrachtung der Rolle des Elektromotors im Hybridfahrzeug. Die Anforderungen an den Elektromotor sowie drei unterschiedliche Elektromotorentypen, die in serienreifen Automobilen bzw. Neuentwicklungen zum Einsatz kommen, werden hinsichtlich Aufbau, Wirkungsweise und Wirtschaftlichkeit untersucht.

Um einen direkten Vergleich der drei unterschiedlichen Motorentypen hinsichtlich ihrer Performance zu erhalten, wurden diese in einem jeweils baugleichen Go-Kart getestet. Die Auswertung der Testergebnisse ergab, dass die Synchronmaschine mit Permanentmagneten, unter Berücksichtigung des Bewertungskriteriums elektrischer Wirkungsgrad, knapper Testsieger vor der geschalteten Reluktanzmaschine wurde. Der Wirkungsgrad des Elektromotors leistet einen hohen Beitrag zum Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeuges. Das Testergebnis bestätigte die Auswahl der Synchronmaschine, für den elektrisch effizientesten Elektroantrieb im Hybridfahrzeug.

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Abstract

According to the experts, hybrid technology is the key technology in the automotive industry for the next few decades. Many of the well established automobile manufacturers are focusing their research and development activities on this upcoming technology. The big advantage of hybrid vehicles is the electrified powertrain. Due to intelligent combination of the combustion- and electric engine, the benefits of the two different powertrain configurations can be used. The following research is concerned and closely examines the role of the electric engine in the hybrid vehicle. The scope of the research is focused on the demands of an electric engine, the technical configuration, functionality and economy of three different engine types which are often used in the serial production and prototyping.

In order to make a direct comparison of the performance of this different engine types, they were all tested in a go-cart. The go-carts for each engine were constructed in the same way.

The interpretation of the measurement results showed that the synchronous engine with permanent magnets had the best performance when considering the level of electrical efficiency, closely followed by the switched reluctance motor. The efficiency of the electrical motor makes a high contribution to the total efficiency of the vehicle. The measurement result confirms the selection of a synchronous motor is, under consideration of the electrical efficiency, the most advantageous solution for hybrid vehicles.

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Inhaltsverzeichnis

1  Vorwort  1

2  Einführung in die Hybridtechnologie.  2

2.1  Hybridantriebe  2

2.2  Rolle der E-Maschine im Hybridantrieb  3

3  Anforderungen an die E-Maschine  4

3.1  Wasserdichte E-Maschinen  4

3.2  Ölbeständige E-Maschinen  5

4  Betriebsarten der E-Maschine  7

4.1  Motorbetrieb  7

4.2  Generatorbetrieb  8

5  Aufbau und Wirkungsweise von drei unterschiedlichen E-Maschinen  10

5.1  Asynchronmaschine  10

5.1.1  Aufbau und Wirkungsweise  10

5.1.2  Vorteile der Asynchronmaschine  12

5.2  Geschaltete Reluktanzmaschine  12

5.2.1  Aufbau und Wirkungsweise  12

5.2.2  Besonderheiten der Reluktanzmaschine.  13

5.3  Synchronmaschine  14

5.3.1  Aufbau und Wirkungsweise der Synchronmaschine  14

5.3.2  Permanentmagnet Synchronmaschine  15

5.3.3  Vergrabene Magnete  16

5.3.4  Oberflächenmagnete  16

5.3.5  Wirkungsgrad der Synchronmaschine  17

6  Direkter Praxisvergleich der drei unterschiedlichen E-Maschinen  18

6.1  Aufbau des E-Go-Karts  18

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6.1.1  Batteriesystem  18

6.1.2  Ultra Caps  19

6.1.3  Wechselrichter  20

6.1.4  E-Maschinen  20

6.2  Testergebnisse  21

6.3  PSM als Testsieger in Punkto Wirkungsgrad  22

7  Einsatz der Synchronmaschinen in Fahrzeugmodellen  23

8  Persönliches Resümee  24

9  Literaturverzeichnis  25

10  Anhang Inhaltsverzeichnis  27

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Abbildungsverzeichnis   

Abb.  4-1:Motorbetrieb  

Abb.  4-2:Generatorbetrieb  

Abb.  5-1: Aufbau Asynchronmotor  

Abb.  5-2: Schnitt durch den geschalteten Reluktanzmotor  

Abb.  5-3: Synchronmotor  

Abb.  5-4: Lage der vergrabenen Magneten  

Abb.  5-5: Arbeitsbereich der PSM  

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Abkürzungsverzeichnis

SUV Sport Utility Vehicles E-Maschine Elektrische Maschine, Elektromotor ASM Asynchronmaschine SM Synchronmaschine PSM Permanentmagnet Synchronmaschine SRM Geschaltete Reluktanzmaschine IGBT Isolated Gate Bipolar Transistor UC Ultra Caps

Tabellenverzeichnis

Tab. 6-1: Technische Daten der Blei-Batterie und der Lithium-Ionen-Batterie .. 19 Tab. 6-2: Technische Daten der Ultra-Caps ..................................................... 20 Tab. 6-3: Technische Daten des IGBT Wechselrichters ................................... 20 Tab. 6-4: Zusammenfassender Vergleich ......................................................... 21 Tab. 7-1: Einsatz der Synchronmaschine in Herstellerprodukten ..................... 23

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