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Forschungsprojekt für Automobilprüfstande

Synchronreluktanzmaschinen für höheren Wirkungsgrad

07.06.2024
von Redaktion ANTRIEBSTECHNIK

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Der erste Prototyp der Synchronreluktanzmaschine bei Ben Buchele auf dem Prüfstand

Ben Buchele entwickelt Synchronreluktanzmaschinen zur Erreichung höherer Energieeffizienzklassen. In einem Forschungsprojekt für Automobilprüfstände entwickelt und erprobt das Unternehmen derzeit eine Synchronreluktanzmaschine. Erste Ergebnisse zeigen: Die Technologie ist aussichtsreich, um einen besseren Wirkungsgrad zu erreichen, auch bei begrenztem Bauraum.

Die Ausblasgeschwindigkeit in einem Querstromfahrtwindgebläse für Fahrtwindsimulationen sollte bei dem Projekt von 160 km/h auf 180 km/h gesteigert werden – bei gleichbleibender Baugröße des Motors (160) und der Auslegung auf die Energieeffizienzklasse IE4. Mehr Leistung verlangt in der Regel mehr Bauraum, der jedoch begrenzt war. Erforderlich war somit eine energieeffiziente, kompakte und leistungsstarke Antriebslösung, für die Ben Buchele die Synchronreluktanzmaschine vorschlug. „Die ersten Prüfergebnisse des Prototyps sind vielversprechend“, berichtet Bastian Kohlmann, Forschung und Entwicklung bei Ben Buchele. „Bisher werden Wirkungsgrad, Bemessungspunkte, Drehmoment und Drehzahl wie vorgesehen erreicht.“

IE4 und Motortechnologien

Die höchste vorgeschriebene Energieeffizienzklasse IE4 für elektrische Motoren nach der Ökodesign-Anforderung (VO2019/1781) stellt Hersteller in Sachen Wirkungsgrad vor Herausforderungen. Asynchronmaschinen können diese Effizienzklasse nur mit erhöhtem Entwicklungs- und Kostenaufwand erreichen.

Asynchronmaschinen sind verlässliche Allround-Motoren für viele Anwendungen und gelten nicht als Arbeitspferd unter den Elektromotoren: Sie sind robust, wartungsarm und langlebig. Ihr Nachteil ist ein im Vergleich zu anderen Maschinentopologien geringerer Wirkungsgrad, vor allem im Teillastbereich.

Geringe Ummagnetisierungverluste

Rotorblech einer Synchronreluktanzmaschine mit spezieller Blechschnittgeometrie aus Flussführungen und Flusssperren, die dafür sorgen, dass eine Drehbewegung entsteht

Die einzelnen Rotorbleche einer Synchronreluktanzmaschine verfügen über eine spezielle Blechschnittgeometrie aus Flussführungen und Flusssperren, die dafür sorgen, dass eine Drehbewegung entsteht

Synchronreluktanzmaschinen verfügen hingegen über einen besseren Wirkungsgrad, da im Rotor nur sehr geringe Verluste auftreten. Die Wirkungsweise beruht auf der Reluktanzkraft: Dabei strebt das System immer nach dem geringsten magnetischen Widerstand (Reluktanz) und löst so die Drehbewegung aus. Während der Rotor der Asynchronmaschine asynchron zum Drehfeld des Stators läuft, dreht sich der Rotor bei der Synchronreluktanzmaschine synchron zum Statormagnetfeld. Dadurch treten kaum Ummagnetisierungverluste auf, was für die Erreichung der IE4 sehr vorteilhaft ist.

Energiekosten und Amortisation

Zu beachten ist bei der Synchronreluktanzmaschine, dass sie im Gegensatz zur Asynchronmaschine nicht netzanlauffähig ist, was einen Umrichterbetrieb voraussetzt. Im Vergleich zu früheren Zeiten, in denen der Einsatz eines Umrichters aufwendig und kostenintensiv war, ist ein Umrichterbetrieb jedoch heutzutage gang und gäbe und Investitionskosten amortisieren sich durch die eingesparten Energiekosten.

Geeignet sind Synchronreluktanzmaschinen überall dort, wo es im S1-Betrieb auf einen hohen Wirkungsgrad bei kleiner, kompakter Baugröße ankommt. Mögliche Applikationen sind etwa Pumpen, Kompressoren, Turbinen oder Lüfter.

 

Quelle: Ben Buchele

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