Ein Forschungsteam der TH Nürnberg arbeitet an der Optimierung eines für die Elektromobilität interessanten Motortyps: der fremderregten Synchronmaschine. Ziel des Forschungsprojekts ist es, den störungsfreien Betrieb von Elektromotoren sicherzustellen. Die Staedtler-Stiftung fördert das Projekt mit 40.000 Euro.  

Der störungsfreie Betrieb von Elektromotoren ist ein wichtiger Erfolgsfaktor für die Weiterentwicklung der Elektromobilität. Im Rahmen des Forschungsprojekts „Rotorzustandsschätzung für fremderregte Synchronmaschinen“ entwickelt Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wagner von der Fakultät Elektrotechnik Feinwerktechnik Informationstechnik (efi) der TH Nürnberg mit seinem Team neue technologische Ansätze.

Potenzial der fremderregten Synchronmaschine

In der Elektromobilität werden derzeit vor allem permanenterregte Synchronmaschinen oder Asynchronmaschinen eingesetzt. Die permanenterregten Synchronmaschinen benötigen bei hoher Leistungsdichte und günstigem Wirkungsgrad aufwendige Elektronik und teure, endliche Seltene-Erde-Magnete. Die Asynchronmaschinen dagegen sind robust, sicher im Betrieb und enthalten keine Seltenen Erden, haben dafür aber ein ungünstigeres Profil hinsichtlich Wirkungsgrad und Leistungsdichte. Hier liegt das Potenziel der fremderregte Synchronmaschine: Sie kommt ohne Seltene-Erden-Magnete aus bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad und verbinden damit die Vorteile der bereits bekannten Antriebskonzepte. 

Leider bringen fremderregte Synchronmaschinen dafür aber andere Nachteile mit sich: Durch die Energieübertragung mittels eines Schleifringsystems kann es zu mechanischem Verschleiß und Hochvolt-Isolationsproblemen kommen. Im Rahmen des Forschungs-Verbundprojekts FORELMO, an dem die TH Nürnberg beteiligt war, konnten diese Risiken bereits durch ein kontaktloses Energieübertragungssystem beseitigt werden. Dadurch lässt sich allerdings der Rotorstrom nicht mehr direkt messen.

Steigerung der deutschen Wettbewerbsfähigkeit

Das Forschungsprojekt um Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wagner setzt nun hier an: „Wir nutzen mathematische Modelle und Berechnungsverfahren, um den Rotorstrom und den Rotorwiderstand aus anderen Messgrößen zu schätzen." Die Kenntnis über den Rotorwiderstand gibt Aufschluss über die Wärmeentwicklung im Rotor und dient damit als Kenngröße für den Überhitzungsschutz. Mit einer noch präziseren Aussage über den Rotorwiderstand lässt sich die fremderregte Synchronmaschine effektiver nutzen, bei einem längeren Betrieb mit höherer Leistungsfähigkeit ohne Überhitzung. 

„Die Verbesserungen der Schätzmethode sind ein weiterer Fortschritt, der die Attraktivität der fremderregten Synchronmaschinen für die Automobilbranche erhöht. Dies kann dazu beitragen, die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Automobilindustrie zu steigern“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Bernhard Wagner. Das Projekt der TH Nürnberg leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung innovativer und effizienter Antriebsmaschinen für Elektromotoren und wird von der Staedtler-Stiftung mit 40.000 Euro gefördert. (sih)

 

Quelle: TH Nürnberg

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