Anwendung von amorphen Metallen in Hochgeschwindigkeitsmotoren für Elektrische Fahrzeuge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Doppelbauer
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392021023

Durch die Zunahme an PKWs wird das Problem der Luftverschmutzung immer kritischer, vor allem in Schwellenländern wie Indien und China. Der Einfluss von Autos auf die Umwelt hat erhebliche Aufmerksamkeit erhalten. Im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen können Elektroautos (EVs) zu einer rationelleren Energieverwendung und damit zum Umweltschutz beitragen. Elektrische Antriebe für EVs müssen nicht nur einen hohen Wirkungsgrad aufweisen, eine hohe Leistungsdichte haben, wenig wiegen und kosteneffizient sein, sondern darüber hinaus auch die technischen Anforderungen erfüllen (wie Beschleunigungs- vermögen, Steigfähigkeit und Höchstgeschwindigkeit).Obwohl Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) und Asynchronmotoren (IM) erfolgreich in Elektroautos eingesetzt werden, können beide nicht alle Anforderungen uneingeschränkt befriedigen. In den letzten Jahren hat sich ein hoher Bedarf nach Antrieben ohne Seltene-Erd-Materialien entwickelt. Geschaltete Reluktanzmaschinen (Switched- Reluctance-Motors SRM) werden seit Jahrzehnten erfolgreich untersucht und beispielsweise in Flugzeugen als Starter/Generatoren oder in anderen Applikationen eingesetzt. Automobilantriebe profitieren generell von einer hohen Drehzahl. Im Falle von SRMs spielen die Eisenverluste bei hohen Frequenzen und Drehzahlen jedoch eine wesentliche Rolle. Um dieses Problem zu lösen, haben Forscher in den letzten Jahren ihr Augenmerk auf neue Magnetmaterialien gerichtet. Der Einsatz von amorphen Stahllegierungen (Amorphous Alloy) in SRMs ist daher ein interessantes Forschungsgebiet.Mit diesem Projekt soll eine kostengünstige SRM für Elektrofahrzeuge entwickelt werden, deren Leistungsdichte und Wirkungsgrad mit Permanentmagnet-Synchronmaschinen vergleichbar ist. Das Forschungsvorhaben beinhaltet umfangreiche Messungen der magnetischen Eigenschaften von amorphen Stählen bezüglich der Eisenverluste bei unterschiedlichen Fertigungstechnologien (Laserschneiden, Stanzen, ...).Darüber hinaus werden das elektromagnetische Design und die Optimierung von SRM untersucht. Dazu wird ein Prototyp aufgebaut und vermessen. Es werden analytische Berechnungsmodelle hinsichtlich elektromagnetischem Betriebsverhalten, Verluste und Wirkungsgrad, Kühlungsverhalten und Motortemperatur sowie mechanischer Rotorbelastung erstellt.Die Arbeiten werden parallel im Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Harbin Institute of Technology durchgeführt. Die Kooperation in diesem Programm ermöglicht den beiden Partner einen guten akademischen Austausch und die Weiterentwicklung von Technologie und Motortheorie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr.-Ing. Feng Chai