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F. Leonhard:
"Konstruktion des mechanischen Aufbaus einer Axialflussmaschine für den Einsatz als Traktionsmaschine in einem hybriden Antriebsstrang";
Supervisor: P. Hofmann, M. Grafinger; Institut für Fahrzeugantriebe und Automobiltechnik (IFA), 2020; final examination: 2020-01-30.

The increasing importance of carbon dioxide emission reduction and tighter emission legislation leads the focus to hybrid powertrains in motor vehicles. The expedient implementation of the 48 V electrical system enables hybridisation of motor vehicles at lowest integration expenses. The combination with a parallel hybrid powertrain (e.g. P2) is a major prospect of success to achieve fuel saving at low costs. Potential for improvement got determined for an electric machine when installation space and the cooling system are key criteria for a simple integration. One approach is to use an axial flux machine which is simple to integrate into the powertrain. Therefore, in this master thesis, a compact permanent-magnet axial flux machine is designed which stands out from previous designs through its short construction. For this an extensive research based on existing constructions of axial flow machines was conducted. Furthermore, the windings are directly cooled by a water-glycol-mixture. The main focus was on the sealing of this cooling system. In addition, concepts of the electrical interconnection of the machine were designed. Two close-to-series concepts are demonstrated whose focus yet is on operating on a test stand without an internal combustion engine. With this machine an innovative rotor concept can be tested, which has the advantage of low iron losses. The shaft-rotor assembly were analytically calculated and interpreted. Finally, the components were investigated along their strength and natural frequencies through a FE-simulation to verify conducted calculations. Furthermore, the components of the seal were analyzed. lt is verified that the components of the seal and the shaft-rotor assembly withstand the stresses.

Durch die zunehmende Bedeutung der C02-Emissionsreduktion und der strengeren Abgasgesetzgebung, rücken Hybridantriebe in Kraftfahrzeugen immer mehr in den Fokus. Eine zielführende Maßnahme war die Einführung eines 48 V-Bordnetzes, welches die Hybridisierung von Kraftfahrzeugen mit einem niedrigen Integrationsaufwand zulässt. In Kombination mit einem Parallel-Hybridantriebsstrang (z.B. P2) verspricht dies die besten Erfolgschancen, eine Kraftstoffersparnis zu geringen Kosten zu ermöglichen. Großes Verbesserungspotential liegt in der elektrischen Maschine, bei der der Bauraum und die Kühlung die entscheidenden Kriterien für eine einfache Integration sind. Ein Ansatz ist es, eine Axialflussmaschine zu verwenden, welche leicht in den Antriebsstrang zu integrieren ist. Im Zuge dieser Arbeit wurde eine kompakte permanenterregte Axialflussmaschine konstruiert, welche sich von bisherigen Konstruktionen durch eine kurze Bauweise unterscheidet. Dafür wurde eine umfangreiche Recherche zu bestehenden Konstruktionen von Axialflussmaschinen durchgeführt. Ein Kühlkonzept mit einer direkten Kühlung der Wicklungen mittels einer Wasser-Glykol-Mischung, wurde entwickelt. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Abdichtung dieser Kühlung. Zudem musste die elektrische Verschaltung der Maschine designt werden. Es wurden zwei seriennahe Konzepte konstruiert, die jedoch für den Betrieb auf einem Prüfstand ohne Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sind. Mit dieser Maschine kann zudem ein innovatives Rotorkonzept getestet werden, welches den Vorteil von geringen Eisenverlusten hat. Die Welle-Rotor Baugruppe wurden analytisch berechnet und ausgelegt. Ferner wurden die Komponenten mittels einer FE-Simulation auf Festigkeit und deren Eigenfrequenzen untersucht, um die Berechnungen zu verifizieren. Zusätzlich wurden die Komponenten der Abdichtung untersucht. Es konnte bestätigt werden, dass die Abdichtung und die Welle-Rotor Baugruppe den Belastungen standhalten.