Hochausgenutzte synchrone Reluktanzmotoren durch lokale Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften des Elektroblechs beim Laserschneiden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckhard Beyer; Professor Dr.-Ing. Wilfried Hofmann
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245194688

Eine viel diskutierte Alternative zu PM-Synchron- und Asynchronmaschinen ist die synchrone Reluktanzmaschine. Insbesondere die Preissteigerungen und Unsicherheiten bei der Preisbildung bei den in PM-Synchronmotoren eingesetzten NdFeB-Magneten haben das Interesse verstärkt auf diesen magnetfreien und somit auch kostengünstigen Maschinentyp gerückt. Einem breiteren Einsatz stehen allerdings nach wie vor verhältnismäßig geringe Leistungsfaktoren und geringe Leistungsdichten entgegen. Eine wesentliche Ursache dafür ist das begrenzte Induktivitätsverhältnis zwischen Längs- und Querrichtung. Theoretische Voruntersuchungen haben gezeigt, dass deutlich größere Reluktanzunterschiede durch die Reduzierung der Breiten von streuflussführenden Stegen im Rotor möglich sind. Allerdings wird dies durch eine geringere mechanische Stabilität des Rotors erkauft. Das geplante Vorhaben greift diese Problemstellung auf und zielt auf eine Steigerung des Induktivitätsverhältnisses durch lokale Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften des Elektroblechs beim Laserschneiden ab. Im Gegensatz zu mechanischen Bearbeitungsverfahren (z.B. Stanzen) zeichnet sich die Bearbeitung mittels Laser durch eine große Anzahl an Freiheitsgraden (Schneidparametersatz) aus. Durch eine gezielte Vorgabe dieser Schneidparameter in Abhängigkeit vom Bereich der elektrischen Maschine (z.B. Steg) können vor allem die Magnetisierungskennlinien des Blechs variabel angepasst werden. Außerdem können im Vergleich zu mechanischen Verfahren besonders filigrane Geometrien hergestellt werden. Im Rahmen dieses Projekts soll erstmals das Potenzial durch den konsequenten Einsatz des Lasers beim Schneiden des Elektroblechs und der entsprechende Einfluss auf das Betriebsverhalten einer synchronen Reluktanzmaschine umfassend in Theorie und Praxis untersucht werden. Es ist der praktische Aufbau einer synchronen Reluktanzmaschine mit austauschbarem Rotor und deren Integration in einen bestehenden Versuchsstand vorgesehen. Die angestrebten Grundlagenuntersuchungen können jedoch auch auf weitere Maschinentypen (z.B. PM-Synchronmaschinen) übertragen werden, wenngleich ein geringerer Einfluss auf das Maschinenverhalten erwartet wird. Zielstellung des Vorhabens ist somit eine deutliche Steigerung des Induktivitätsverhältnisses (ca. 25 %) im Vergleich zu aktuellen synchronen Reluktanzmaschinen bei gleicher mechanischer Stabilität des Rotors. Unmittelbar daraus resultieren eine verbesserte Leistungsdichte sowie höhere Leistungsfaktoren und daher auch höhere Wirkungsgrade. Es wird ein entscheidender Beitrag für einen breiteren Einsatz dieses Maschinentyps erwartet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen