BUP45 - PohVuM

Antriebsmaschinen für den Traktionsbereich sind typischerweise permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) mit Magneten aus seltenen Erden. Seltene Erden sind technisch vorteilhaft, jedoch wirtschaftlich und ökologisch problematisch. Eine Alternative zur PSM stellen elektrische Maschinen mit variablem Fluss (VFM) dar. Diese Maschinen nutzen Magnete, die keine seltenen Erden benötigen, allerdings auch etwas weniger leistungsfähig sind. Bei Einsatz dieser Magnete ist es möglich, den Magnetfluss im Rotor der Maschine im Betrieb zu verändern, wodurch insbesondere bei hohen Drehzahlen – wie sie im Traktionsbereich oft vorkommen – Verbesserungen im Wirkungsgrad der Maschine möglich sind.

Ziel

VFM können durch sogenannte hybride VFM (HVFM) verbessert werden, bei denen zwei Magnetmaterialien zum Einsatz kommen. Im Projekt wird eine HVFM mit Magneten ohne seltene Erden untersucht. Der Fokus liegt auf Ferrit- und Eisennitrid-Magneten.

Es werden methodisch-analytische Ansätze zur Vorauslegung entwickelt, die grundsätzliche Annahmen über die Maschinencharakteristik erlauben. Für die Auslegung mittels FEM werden bestehende Ansätze erweitert.

Vorgehen

• Untersuchung der Eignung der Magnetmaterialien (Remanenzflussdichte, Koerzitivfeldstärke).
• Untersuchung der Vorarbeiten zur Parameterebene für PSM/VFM, gegebenenfalls als Ergänzung oder Modifikation für HVFM.
• Erstellung einer automatisierten Modellerzeugung für die Berechnung von HVFM mit FEM, Erweiterung bestehender Modelle zur Aufteilung einzelner Magnete.
• Betrachtung von Rotoren mit verschiedenen Magneten innerhalb der entwickelten Methoden.

Nutzen

VFM sind geringeren Preisschwankungen durch einseitige Abhängigkeiten von Materialien unterworfen, weshalb sie günstiger und weniger risikobehaftet sind. HVFM versprechen eine höhere Drehmomentausbeute als herkömmliche VFM. Zudem erlauben HVFM den Einsatz kleinerer Umrichter als bei herkömmlichen VFM nötig. Insgesamt erlaubt der Einsatz von Magneten ohne seltene Erden in HVFM, die Lücke zu PSM weiter zu schließen.