Elektromobilität Elektromotor und Inverter in einem Gehäuse

Siemens hat eine Lösung entwickelt, um im Elektroauto Motor und Inverter in einem Gehäuse zu integrieren. Bisher sind der Motor und der Inverter, der den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom für den Elektromotor wandelt, zwei getrennte Komponenten.
Siemens hat eine Lösung entwickelt, um im Elektroauto Motor und Inverter in einem Gehäuse zu integrieren. Bisher sind der Motor und der Inverter, der den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom für den Elektromotor wandelt, zwei getrennte Komponenten.

Siemens hat Elektromotor und Inverter in einem Gehäuse integriert und schafft dadurch Platz, spart Gewicht und reduziert Kosten. Möglich ist die Integration dank eines Kühlkonzepts, das sicherstellt, dass die Leistungselektronik des Inverters trotz der Nähe zum Elektromotor nicht zu warm wird.

Wird wie bei Siemens der Inverter in den Motor integriert, fällt ein Gehäuse weg. Das spart Gewicht – gerade in der Elektromobilität ein wichtiger Punkt – und schafft Bauraum mit einem Volumen von sechs bis sieben Litern, der zum Beispiel für ein Ladegerät genutzt werden kann. Die Kosten für die Verkabelung von Motor und Inverter fallen weg und es gibt bei der Produktion des Fahrzeugs weniger Montageschritte.

Ein Problem bei der Integration war die Wärmeentwicklung des Elektromotors. Bei hohen Temperaturen muss die Leistung der IGBT-Module im Inverter begrenzt werden. Deshalb sind Inverter im Elektroauto mit einer eigenen Wasserkühlung versehen. Ein weiteres Problem sind die elektrischen Kontakte zwischen Chip und Bond-Draht, die bei wechselnder Wärmebelastung zum Schwachpunkt werden.

Deshalb hat Siemens für die integrierte Antriebseinheit Sivetec MSA 3300 zum einen die SkiN-Technologie genutzt, eine Verbindungstechnik, die den Halbleiterchip flächig, also ohne Bond-Draht, kontaktiert. Außerdem wurde eine spezielle Kühlwasserführung um Motor und Inverter entwickelt. Dabei umströmt das kühlste Wasser zunächst thermisch kritische Bauteile wie die IGBT-Module und den Zwischenkreiskondensator und wird dann in den Kühlmantel des Motors geleitet. Die Wasserführung ist so ausgelegt, dass zwischen der Inverterelektronik und dem Motor eine Art Wasserschirm entsteht, der beide Einheiten thermisch voneinander entkoppelt.

Die Funktionsfähigkeit des Konzepts wurde bereits im Labor unter den typischen Lastverläufen und Betriebsbedingungen eines Elektromotors im Auto nachgewiesen. Der Sivetec MSA 3300 wurde aktuell für den bayerischen Staatspreis für Elektro- und Hybrid-Mobilität eCarTec Award 2014 nominiert.