Verbesserung der Effizienz und Zuverlässigkeit

Aufgrund der Verknappung der Energiereserven bildet die verlustarme Wandlung von Energie einen Schwerpunkt aktueller Arbeiten. Eine Verlustreduktion kann prinzipiell durch erhöhten Materialaufwand erreicht werden.Dementgegen steht die Forderung nach wirtschaftlicher Optimierung von Antriebssystemen, welche zu einem minimalen Materialeinsatz führt. Auch sollte eine Betrachtung des Energieaufwands für Herstellung und Recycling eingeschlossen werden.

• Permanentmagnete eliminieren weitgehend die Rotorverluste einer elektrischen Maschine. Geeignete Konzepte wirken sich jedoch auch auf die Kurzschlussfestigkeit und damit auf die Sicherheit aus.
• Eine zunehmende Bedeutung erhält die betriebsbezogene Betrachtung des Verlustaufkommens. Bisherige Arbeiten zielten auf eine Optimierung des Verhaltens im Bemessungspunkt des Antriebs. Tatsächlich wird dieser jedoch häufig mit wechselnder Last betrieben, so dass eine Betrachtung der integralen Verluste unter Berücksichtigung des Lastprozesses deutlich mehr Optimierungspotential aufweist. Auch spielt vor allem in Fahrzeugen das keineswegs starre Versorgungsnetz (Batterie oder Fahrdraht) eine entscheidende Rolle bei der Auswahl geeigneter Antriebskonzepte.

In einer ganzheitlichen Betrachtung dürfen jedoch auch die Aspekte des Energieaufwands bei der Fertigung und der Entsorgung nicht fehlen. Neben den Lebensdauerkosten müssen daher auch die Lebensdauerverluste untersucht und optimiert werden.

• In modernen Antriebssystemen gehört zur ganzheitlichen Betrachtung auch das Einbeziehen der speisenden Energiequelle, wie z. B. Batterien und Supercaps oder Stromversorgungsnetz.

Laufende Projekte

• Permanenterregten Synchronmaschine mit reduzierten Schleppverlusten im Feldschwächbereich auf Basis einer erhöhten Induktivität in d-Richtung
• Regelung zur online-Optimierung der betriebspunktabhängigen Verluste
• Rechnergestützte Optimierung des Motordesigns für minimalen Energieverbrauch unter Berücksichtigung des Lastspiels
• Batterieaufbau und Modellierung des dynamischen Verhaltens für ein Elektrofahrzeug
• Elektrisch angetriebene, individuell steuerbare Hilfsaggregate in Kfz. zur Reduzierung des Energieverbrauchs

Abgeschlossene Projekte

• Untersuchung des Gesamtenergieaufwands für Herstellung, Betrieb und Recycling von verschiedenen Motorkonzepten
• Permanenterregter Synchrongenerator für eine 5-MW-Windturbine

Beispiele

Automatisierter Prüfstand für Fahrzeugantriebe in Fahrzyklen (60 kW, 2300-6500 U/min)

© EA

Querschnitt eines permanenterregten Synchronmotors mit Ld > Lq (50 kW, 9000 1/min)

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