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Elektromobilität

Elektrische Antriebsmotoren schneller analysieren und optimieren

20. März 2013, 10:30 Uhr | Von Mathias Jirka

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Die Lösung heißt Multiphysics-Simulation

Die allgemeine Problemstellung bei der Entwicklung von Motoren für Elektro- und Hybridfahrzeuge lautet also, aus vielen Design-Alternativen die richtige, sprich am Markt erfolgreiche zu finden, und das in kürzester Zeit. In der Vergangenheit kostete die Entwicklung eines neuen Antriebsstrangs auf der Basis von Verbrennungsmotoren typisch 10 bis 15 Jahre Entwicklungsarbeit. Der Marktdruck durch die Verbraucher-Erwartungen und durch gesetzliche Vorgaben verlangt jedoch nach wesentlich kürzeren Entwicklungszyklen.

Die Lösung für diese scheinbar unlösbare Herkulesaufgabe heißt Multiphysics-Simulation. Hierbei entstehen virtuelle Prototypen, an denen die Entwickler das Verhalten eines Designs ablesen können, ohne dass physische Hardware benötigt wird (Bild 3). Realistische Betriebsszenarios lassen sich exakt simulieren – einschließlich der Wechselwirkungen zwischen Strömungen, mechanischen Strukturen, thermischen Effekten und elektromagnetischen Kräften (Bild 4). Mit diesem Verfahren lassen sich Design-Alternativen schneller generieren, und die Systeme können zu einem frühen Zeitpunkt im Entwicklungsprozess optimiert werden, was spätere unangenehme Überraschungen vermeidet.

Wie sieht das nun im Detail aus? Mit einer Studie auf der Basis von Entwicklungs- und Leistungsdaten, die vom Oak Ridge National Laboratory in einem Report über den THS-II-Hybridmotor von Toyota veröffentlicht wurden, demonstrierten die Ingenieure von Ansys die Geschwindigkeit und Genauigkeit ihrer elektromagnetischen Simulation. THS steht für „Toyota Hybrid System“ und ist ein wirtschaftliches Antriebsaggregat, das in der zweiten Generation unter der Bezeichnung THS-II eingeführt wurde. Der Antrieb wurde vom OEM unter dem Markennamen Hybrid Synergy Drive (HSD) geführt und in verschiedenen Entwicklungsstufen in den Fahrzeugen Toyota Prius, Alphard, Auris, Camry, Highlander, Previa und Yaris sowie bei verschiedenen Lexus-Modellen der gleichnamigen Toyota-Tochtergesellschaft (hier als Lexus Hybrid Drive) eingesetzt