de.wedoany.com-Bericht: Der britische Hersteller von Hochleistungs-Elektromotoren und Wechselrichtern Helix (Milton Keynes) und der österreichische Spezialist für Hochleistungsgetriebe Zoerkler Gears GmbH & Co KG (Joos) arbeiten gemeinsam an der Entwicklung und Validierung einer Getriebe-Elektroantriebseinheit (EPU) für die Advanced Air Mobility (AAM). Die EPU ist speziell für anspruchsvolle eVTOL-Anwendungen ausgelegt und unterstützt die Propellerinstallation in Auftriebs-, Reise- und Kipprotorkonfigurationen.
Herkömmliche Hochdrehmomentanwendungen verwenden oft EPUs in „Direktantriebs"-Anordnung, was zu größerer Motorbreite und -masse führt. Helix integriert seine eigenen Motoren nahtlos mit den leichten Getrieben von Zoerkler (Wirkungsgrad von 98 %), sodass diese EPU ein hohes Drehmoment in einem Gehäuse mit einem Durchmesser von nur 26 cm (entspricht 50 % des Durchmessers einer äquivalenten Direktantriebseinheit) bereitstellen kann. Als erstes Produkt der EPU-Serie für Advanced Air Mobility wiegt das Gehäuse 32,2 kg und bietet folgende Parameter: In der Auftriebskonfiguration eine Leistung von 100 kW und ein Drehmoment von bis zu 1600 Nm; in der Reisekonfiguration eine Dauerleistung von 250 kW und eine Spitzenleistung von 400 kW. Die leichtere und schmalere Bauform trägt dazu bei, die Gondelgröße und den Luftwiderstand von eVTOL-Anwendungen zu reduzieren, wodurch eine größere Nutzlast und Reichweite unterstützt werden.
Die Helix-Elektroantriebstechnologie basiert auf ihrem skalierbaren Kern: eigener Permanentmagnetrotor, patentierte Rotorkühlung, hohe Polzahl, eigene Wicklungsstruktur, Kohlefaserverbund-Magnetbegrenzung, Kohlefaserverbund-Kühlmittelhülse sowie Hochgeschwindigkeits-Radial- und Axialwasserkühlung. Neben mobilen Anwendungen werden ihre Produkte auch im Schiffsbereich eingesetzt, wie z. B. bei der Magic Carpet e-Hochleistungssegelyacht.
Die Verwendung von Kohlefaserverbundwerkstoffen in Elektromotoren stammt hauptsächlich aus der Luft- und Raumfahrt sowie dem Hochgeschwindigkeitsmaschinenbau. Herkömmliche metallische Rotorbegrenzungshülsen (z. B. Inconel 718 oder Titanlegierungen) sind bei hohen Drehzahlen dem Risiko des Zerfalls ausgesetzt. Kohlefaserverstärkte duroplastische Hülsen, die den Permanentmagnetrotor des Elektromotors umschließen, können dieses Problem lösen. Wenn sich der Rotor mit 20.000 U/min (eine in modernen Elektrofahrzeugen übliche Drehzahl) dreht, wirkt auf jedes Bauteil eine zum Quadrat der Geschwindigkeit proportionale Zentrifugalkraft; eine Verdoppelung der Drehzahl vervierfacht die Kraft, die den Rotor auseinanderreißt. Kohlefaser-Verbundhülsen können das Gewicht der Motorkomponenten reduzieren, das Trägheitsmoment verringern, einen höheren Kompressionsdruck bereitstellen, den Luftspalt zwischen Wellenbaugruppe und Stator verkleinern und gleichzeitig die durch Zentrifugalkräfte verursachte Eigenbelastung reduzieren; ihre elektrischen Verluste sind zudem weitaus geringer als die der ersetzten Metallhülsen. Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) bestätigt, dass bei einem Außenläufermotor mit Oberflächen-Permanentmagneten die maximale Spannung, der die Kohlefaserhülse bei Drehzahlen von bis zu 20.000 U/min ausgesetzt ist, unterhalb der Materialstreckgrenze liegt. Dies liefert die Grundlage für den Einsatz von Kohlefaserhülsen in Hochleistungsanwendungen wie Elektrofahrzeugen, Turbogeneratoren und Luftfahrtantrieben.
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