Rotorkühlung von trägheitsarmen Asynchronmaschinen für hochdynamische Anwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jochen Fröhlich; Professor Dr.-Ing. Wilfried Hofmann
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 507287551

Hochdynamische elektrische Asynchronmaschinen, wie sie in Prüf- und Produktionsanlagen eingesetzt werden, zeichnen sich durch extrem häufige Drehmomentwechsel aus, wobei ein Zyklus auch nur eine einzige Umdrehung umfassen kann. Dafür ist konstruktiv ein niedriges Trägheitsmoment erforderlich, und vor allem muss die gegenüber anderen Maschinen massiv erhöhte Verlustwärme sicher abgeführt werden. Ziel des Projekts ist die Untersuchung eines neuartigen Radialkühlungssystems, mit dem Rotor und Stator durchströmt und auf diese Weise intensiv gekühlt werden. Dabei sind Rotor- und Statorkanäle über den Spalt gekoppelt, und die Strömung durch den Rotor erfolgt mit vollständiger Richtungsumkehr, was zu komplizierten Phänomenen führt. Zweitens ergeben sich durch die neuartige Bauweise und den hochdynamischen Betrieb elektromechanische wie thermische Verhältnisse, die verstanden und beherrscht werden müssen. Die Untersuchung der Interaktion zwischen konstruktiven, elektromechanischen, wärmetechnischen, strömungsmechanischen und anwendungsbestimmten Aspekten erfordert einen disziplinübergreifenden Ansatz, der durch die Kooperation der beiden Antragsteller realisiert wird. In detailliert abgestimmter Weise werden methodischen Werkzeuge aus dem Bereich der elektrischen Maschinen und aus dem Bereich der Strömungsmechanik miteinander kombiniert, um Phänomene auf unterschiedlichen Längenskalen zu untersuchen. Dies reicht von einem Scheibenmodell als Referenzexperiment, ergänzt um Detailsimulationen der Strömung, bis hin zu einem Netzwerkmodell einer Beispielmaschine, das im Sinne eines numerischen Demonstrators die Bewertung des Konzepts erlaubt. Ziel dieses Grundlagenprojekts ist das detaillierte Verständnis der mit dem neuartigen Kühlkonzept verbundenen multi-physikalischen Phänomene, eine Gesamtbewertung und eine klare Aussage über Anwendungsperspektiven für den industriellen Einsatz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen