Elektrotechnisches Institut (ETI)

Bauraumoptimierte Leistungselektronik für einen Fahrrad-Nabenmotor

  • Motivation

    Gängige Fahrradnabenmotoren verwenden in der Regel externe Controller mit Blockkommutierung. Mit der Verfügbarkeit von schnellen Mikroprozessoren verspricht der Einsatz einer feldorientierten Regelung und Feldschwächung durch d-Strom Einprägung auch bei diesen Motoren deutliche Wirkungsgrad- und Leistungssteigerungen. Durch eine Integration der Leistungselektronik in den Stator des hier verwendeten Aussenläufer-Nabenmotors kann der Verkabelungsaufwand deutlich reduziert werden und zusammen mit Akkus, welche in die Rahmenrohre einsetzbar sind, ergibt sich ein innovatives Fahrradkonzept.

    Aufgabenstellung

    In dieser Arbeit soll eine Leistungselektronik aufgebaut werden, welche in den vorhandenen Stator eines Crystalyte HT Nabenmotor integrierbar ist. Die Leistung des Motors beträgt über 2kW bei Strömen von ca. 40A. Die Leistungselektronik soll dabei, im Unterschied zur gängigen Blockkommutierung, auf einen feldorientierten Betrieb ausgelegt werden. Auf Grund der niedrigen Spannungen werden Leistungs-Mosfets verwendet, welche zur Kühlung möglichst günstig an den Stator anzubinden sind. Messungen an einem e-Bike mit vergleichbarer Leistung zeigten hinsichtlich dieses Integrationskonzepts (mit Blockkommutierung) keine thermischen Probleme.

    Hinweise

    Die Arbeit endet mit der Inbetriebnahme der Leistungselektronik mit einfacher Blockkommutierung durch drei Hall-Sensoren. In einer nachfolgenden Arbeit wird die feldorientierte Regelung implementiert.