Entwicklung einer Familie elektrischer Maschinen für Landmaschinen

26.06.2013

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ZAPI-Group

ZAPI

ZIVAN

Best Motor

ZTP

Schabmüller

Inverters & Controllers von 12V bis 600V

High Freq. Batterieladegeräte / DC/DC Konverter

AC/DC/PM Elektrische Motoren bis 30 kW

Joysticks, Datalogger und Special Applications

AC/BLDC/PMAC Elektrische Motoren bis 200 kW

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Gebäude12.500 m² in Berching, Deutschland

Firmengebäude

Mitarbeiter

Vertrieb/Service 23

Konstruktion 24

Produktion 278

Logistik 29

Verwaltung 26

Seite 42012 Seite 4

MaterialHandling

Bau-maschinen

Land-wirtschaft

LKWBusse

Anwendungen

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1. Lastkollektiv, Kennfeld

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2. Lastenheft, Testplan

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3. Abschätzung der Realisierbarkeit

• Überprüfung des Bauraumes• Festlegung der Hauptabmessungen• Motorentechnologie• notwendige Kühlung• Entscheidung für Modularität• Grenzen werden sichtbar

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4. Berechnung und Simulation4.1. Überprüfung Konzept

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4. Berechnung und Simulation4.2. Ergebnis und Ersatzschaltbild

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4. Berechnung und Simulation4.3.Grenzkennlinien

Kurzschlußverhalten

Maschine ist kurzschlußfest

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4. Berechnung und Simulation4.4. Zusammenfassung

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5. Konstruktion V1

Ausgestaltung der Optionen:

• Wellenenden

• Gehäuseabmessungen

• Orientierung des Klemmenkastens

• V1 noch mit „pigtails“für die analogen Signale der Sensoren

• ca. 25 Maschinen ausgeliefert

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5. Prüfung5.1. Leerlauf, U, Pv, R

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5. Prüfung5.2. Sensor, Kennlinie, Temperaturen

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5. Prüfung 5.3. Kurzschluß, Arbeitspunkte

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6. Konstruktion V2

•Motor mit EIB

•keine „pigtails“

•keine analogen Signale

•ca. 10 Maschinen ausgeliefert

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6. Konstruktion V2

•V2 Prototypen mit EIB

•Amphenol Steckverbinder

•flexibler Anbau möglich

•Parameterupload nach Montage

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7. industrielle Fertigung

• ca. 50% der notwendigen Investitionen für die industrielle Fertigung der Maschine werden für die Herstellung der Blechpakete der benötigt >Folgeschnittwerkzeug

• die Kosten für lasergeschnittene Bleche bei kleinen Stückzahlen (Prototypen und Kleinserie 100 … 200) sind sehr hoch

• Schabmüller hat sich deshalb entschlossen in diese Werkzeuge zu investieren - Verfügbarkeit 1Q 2014

• sorgfältige Überlegungen in der Konzept-phase erlauben eine kostengünstige Herstellung

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8. Preise

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9. Zusammenfassung

• Auf der Basis einer hinreichenden Spezifikation wurde eine Permanentmagnetmaschine, geeignet für den Einsatz in Anbaugeräten ausgelegt, konstruiert, getestet und V1 und V2 Prototypen wurdenausgeliefert.

• Die Maschinen erfüllen die geforderten Spezifikationen

• Das Konzept der Maschine erlaubt eine gute Flexibilität bei der Berücksichtigung von Kundenwünschen z.B. Leistungsbedarf (5) 8 … 21 (25) kW S1 (Dauerleistung) @ 5000 rpm, mechanische Schnittstelle, Lage und Orientierung des Klemmenkastens, Art der verwendeten Sensoren, Kühlung ….

• Für die kostengünstige Herstellung der Maschinen auch bereits bei kleinen Stückzahlen investiert Schabmüller in die notwendigen Werkzeuge

• Das Konzept der Maschine erlaubt die Fertigung wichtiger Komponenten auf bereits vorhandenen Produktionsanlagen ausreichender Kapazität

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10. Highlights

Die Maschinen sind ausgelegt für den Betrieb in der Landwirtschaft:

• ausreichende und effiziente Kühlung• Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen ist möglich• robuste, einfache Konstruktion• alle Alu-Gehäuseteile sind anodisiert – chemische Beständigkeit• Verlustleistungen wurden optimiert -> Wirkungsgrade ~ 95%• Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, Reinigung • Unempfindlichkeit gegenüber Schlag, Stoß, Partikeln, …• Hohe Überlastbarkeit• zahlreiche Optionen sind möglich

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11. Abmessungen, Gewicht

Typische Masse- Leistungsverhältnisse drehzahlnormiert- Dauerleistung S1

• Konvektionsgekühlte Maschine ASM IP 20 10.0 kg/kW• Konvektionsgekühlte Maschine ASM IP 43 12.5 kg/kW• Konvektionsgekühlte Maschine PM IP 43 4.0 kg/kW• Aussenmantelkühlung Luft PM IP 43 2.5 kg/kW• Wassergekühlte Maschine PM IP 43 2.0 kg/kW• Direkt-ölgekühlte Maschine PM IP 43 0.6 kg/kW

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12. Electric Motor Family TreeElectric Motors

AC DC

Asynchronous Synchronous

Induction

Polyphase

Wound Rotor Squirrel Cage

Single Phase

Capacitor Shade Pole

Brushless DC

Sine wave Hysteresis Step Reluctance

Permanent Magnet

Wound Field

Variable Reluctance

Permanent Magnet

Hybrid

Switch Reluctance

Synchronous Reluctance

Commutator Homopolar

Permanent Magnet

Wound Field

Shunt Compound Series

Universal

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13. Ausblick November 2013

• luftgekühlte 20 kW Maschine mit integriertem FU

• 700 V DC

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• Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!