EM5 - GIKEES

Synchronmaschinen sind elektrische Drehfeldmaschinen, die für den Betrieb ein magnetisches Gleichfeld auf dem Rotor benötigen. Dies kann entweder von Permanentmagneten hervorgerufen oder mittels einer elektrischen Wicklung erzeugt werden. Die permanentmagnetisch erregte Synchronmaschine (PMSM) ist der bei Elektrofahrzeugen am häufigsten eingesetzte Motortyp, maßgebliche Vorteile sind die hohe Leistungsdichte und sehr gute Effizienz. Allerdings werden für die PMSM Permanentmagnete aus seltenen Erden benötigt werden. Die Förderung von seltenen Erden führt zu Umweltverschmutzungen. Außerdem stammen 94 % aller Permanentmagnete aus China, wodurch sich eine hohe Lieferabhängigkeit mit schwer kalkulierbaren Preisen ergibt. Neben dem Verzicht von Permanentmagneten bietet die elektrisch erregte Synchronmaschine (EESM) den Vorteil eines regelbaren magnetischen Rotorfelds, wodurch besonders im Teillastbereich und bei hohen Drehzahlen höhere Wirkungsgrade erreicht werden. Zur Versorgung der Rotorwicklung werden bei der EESM jedoch Schleifringe benötigt. Deren Abrieb darf nicht in den Ölkühlkreislauf gelangen, weshalb nur geringere Leistungsdichten realisierbar sind. Darüber hinaus entstehen aufgrund der Schleifringe drehzahlabhängige Reibungsverluste.

Bei der induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine (iEESM) wird die elektrische Erregung des Rotors mittels einer kontaktlosen induktiven Energieübertragung (WPT) realisiert. Durch die Möglichkeit zur Integration des WPT Systems in die Maschine wird darüber hinaus die Leistungsdichte der EESM deutlich gesteigert. Daher gibt es ein sehr großes Interesse der Industrie an der iEESM als Alternative zur PMSM und klassischen EESM groß.

An diesem Punkt setzt das ICM-Projekt GIKEES (Glasfaserintegrierte Kontaktlose Energieübertragung für Elektrisch Erregte Synchronmaschinen) an. Die Wissenschaftler des Instituts für Elektrische Energiewandlung (IEW, Universität Stuttgart) und des Instituts für Flugzeugbau (IFB, Universität Stuttgart) haben eine hybride Rotorhohlwelle aus Stahl und glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) entwickelt. Da das Leichtbaumaterial keine elektromagnetische Wechselwirkung hat, kann der induktive Energieübertrager wesentlich kompakter in die Rotorhohlwelle integriert werden. Das Kühlkonzept des induktiven Übertragers in der Rotorhohlwelle wurde vom Institut für Produktentwicklung (IPEK), Karlsruher Institut für Technologie) entwickelt. Bei stationären Tests erreichte der induktive Überträger sehr hohe Wirkungsgrade von 95 Prozent.
 

Weiterführende Informationen

• Der ICM stellt den im Projekt entwickelten Demonstrator während der Hannover Messe 2024 auf dem Gemeinschaftsstand von theLÄND vor - Halle 12, Stand D15.
• Weitere Informationen zur iEESM finden Sie auf der Webseite des Instituts für Elektrische Energiewandlung der Universität Stuttgart.