High-efficient, ultra compact integrated electric drives for tomorrow’s alternative drivetrains

Mojgan Nikouie Harnefors undersöker hur effektomvandlaren och elmaskinen i en el- eller hybriddrivlina kan integreras till en enda enhet. Den nya topologin kan minska både pris och vikt hos el- och hybridfordon.

Idag används elektrolytkondensatorer för att skapa ett energilager internt i drivsystemet. Studier som gjorts av doktorand Mojgan Nikouei Harnefors på KTH, visar att det effektiva volymutnyttjandet för hela systemet är lågt och att kondensatorerna oftast är onödigt stora. Kondensatorernas platsbehov tillsammans med deras  temperaturkänslighet försvårar en integrering av elmaskinen och effektomvandlaren.

Mojgan Nikouei Harnefors utforskar en ny topologi som gör att elektrolytkondensatorn kan ersättas och integreringen underlättas.

– Mitt projekt har två huvuddelar, säger Mojgan Nikouie Harnefors . En del är att utforma och utvärdera en modulär effektomvandlare, den andra är att konstruera själva elmaskinen.

Topologin som är av intresse för Mojgans forskning består av en SPB-omvandlare (Stacked Polyphase Bridges Converter) och en permanentmagnetmotor med delspårslindning och koncentrerade spolar. SPB-omvandlarens modulära struktur – låg inspänning för varje undermodul i kombination med hög kopplingsfrekvens – gör det möjligt att använda en liten, icke-elektrolytisk kondensator, vilket förenklar konceptet med en integrerad elektrisk drivlina.

– Integrering av elektriska maskiner och kraftelektronik med hjälp av ny teknik är av stort intresse för både akademi och industri, säger handledare Oskar Wallmark. Konceptet som Mojgan Nikouie Harnefors studerar kan komma att bli en viktig del av morgondagens el-och hybriddrivlinor.

Hittills har den första prototypen byggts och testats, men en hel del arbete återstår innan det föreslagna elektriska drivlinekonceptet kan jämföras med ett konventionellt. Mojgan Nikouei Harnefors ser framtiden an med optimism:

– Jag skulle vilja att det här konceptet blir etablerat som den nya teknologin för eldrift.

Projektet High-efficient, ultra compact integrated electric drives for tomorrow’s alternative drivetrains är en del av Svenskt hybridfordonscentrum (SHC), och utförs vid KTH.