Projekt FlexiCoil: Erfolgreiche Projektabschlussveranstaltung auf der EDPC 2020

Die Gestaltung der Spulen ist maßgeblich für die Leistung eines Elektromotors. Um eine optimierte Ausnutzung des Bauraums zu erreichen und gleichzeitig die Leistung des Elektromotors zu erhöhen, ist eine spezifische Gestaltung des Drahtquerschnitts und der Spule erforderlich.

Entwicklung einer großserienfähigen und wirtschaftlichen Produktionstechnologie für umformtechnisch hergestellte Formspulen elektrischer Antriebe

Das Forschungsprojekt FlexiCoil hat sich zum Ziel gesetzt, ein serientaugliches Verfahren zur Draht- und Spulenfertigung zu entwickeln. Die Ergebnisse der mehrjährigen Forschung des Projektteams wurden auf der E|DPC-Tagung im Dezember 2020 in insgesamt drei Vorträgen vorgestellt.

Um die Leistung eines Elektromotors zu erhöhen, wurde bei der Entwicklung der FlexiCoil-Spulen ein Augenmerk auf einen erhöhten Kupferfüllfaktor gelegt. Im Umfang des FlexiCoil Projekts gelang es, diesen mittels der FlexiCoil-Spulen um knapp 20% gegenüber üblichen runden Kupferlackdrahtwicklungen zu erhöhen. Somit lässt sich das Dauerdrehmoment von elektrischen Radnabenantrieben oder Elektromotoren bei gegebenem Bauraum durch Wirkungsgradsteigerungen, zu erhöhen. Damit einher geht eine Reduktion der Energieverluste von bis zu 17 Prozent. Um diese Ergebnisse zu erzielen, galt es einige Herausforderungen zu meistern. Da kein Lack einer Umformung standhalten würde, konnten die Spulen erst nach der Umformung isoliert werden. Hierfür wurde ein Verfahren zur dauerhaften elektrischen Isolation der Formspulen entwickelt und getestet. Der komplette Umform- und Beschichtungsprozess ist aktuell aufwendig und damit kostenintensiv. Gleichwohl führt die Herstellung der Spule, bei Betrachtung der Gesamtkosten des kompletten Radnabenantriebs, zu einer relativ geringen Preissteigerung von 10 bis 15 Prozent im Vergleich zu einem Elektroantrieb mit einer konventionellen E-Maschine. Die zu erwartenden Ergebnisse wurden zu Beginn des Projektes simulativ errechnet und konnten abschließend an vollständig gefertigten Elektromotoren als Technologie-Demonstratoren getestet und bestätigt werden. Es wurden ausführliche Messungen bezüglich Leistung, Effizienz und Drehmoment durchgeführt. Diese Arbeit mit den Prototypen bestätigte das große Potenzial, welches sich in dieser Technologie verbirgt. Die Formspulen stehen noch am Anfang ihrer Entwicklung. Insbesondere durch weitere Forschungen bezüglich der Isolation (Beschichtung) ist es möglich, die Herstellung noch kostengünstiger zu gestalten. Bereits jetzt zeigt das Projekt FlexiCoil eine interessante Alternative auf, den Kupferfüllfaktor einer E-Maschine zu steigern, um die damit einhergehenden Vorteile zu realisieren.

Zum Forschungsprojekt FlexiCoil

Einzelne FlexiCoil-Formspule vor dem Verbau.

Einzelne FlexiCoil-Formspule vor dem Verbau.

Projekt FlexiCoil, Fa. Schaeffler

3er-Segment von FlexiCoil-Spulen auf Einzelzähnen montiert.

3er-Segment von FlexiCoil-Spulen auf Einzelzähnen montiert.

Projekt FlexiCoil, Fa. Schaeffler

Differenz der simulierten Verlustleistungen der FlexiCoil-Maschine und einer konventionellen E-Maschine. Positive Werte bedeuten, dass der Erprobungsträger eine geringere Verlustleistung besitzt.

Differenz der simulierten Verlustleistungen der FlexiCoil-Maschine und einer konventionellen E-Maschine. Positive Werte bedeuten, dass der Erprobungsträger eine geringere Verlustleistung besitzt.

Pauli, F.; Groschup, B.; Schroder, M.; Hameyer, K. High Torque Density Low Voltage Traction Drives with Preformed Coils: Evaluation of Operation Limitations. 10th International Electric Drives Production Conference (EDPC). IEEE, 2020, pp. 1–7.

Vollständig montierter und gefügter Stator im Gehäuse.

Vollständig montierter und gefügter Stator im Gehäuse.

Projekt FlexiCoil, Fa. Schaeffler

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Produktion, Dienstleistung und Arbeit
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