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Geschaltete Reluktanzmaschine

für Elektrofahrzeuge

Die erste geschaltete Reluktanzmaschine (SRM) wurde im Jahr 1839 von Robert Davidson aufgebaut. Das Funktionsprinzip beruht auf der Reluktanzkraft, die zwischen den Stator- und den Rotorpolen wirkt, mit dem Bestreben die Reluktanz im magnetischen Kreis zu minimieren. Zu dieser Zeit konnte sich die SRM gegen die Gleichstrommaschine aufgrund der einfachen mechanischen Kommutierung und gegen die Drehfeldmaschinen aufgrund der Möglichkeit des Netzbetriebs nicht durchsetzen. Erst mit der Entwicklung von Leistungshalbleitern und Mikroprozessoren, die eine elektrische Kommutierung des Stroms ermöglichen, trat die SRM wieder in den Fokus.

FEM der SRM

Quelle: Universität Stuttgart

Der größte Vorteil der SRM ist die mechanisch einfache und robuste Konstruktion, welche sich in niedrigen Herstellungskosten und einem niedrigen Wartungsaufwand widerspiegelt. Da keine Permanentmagnete oder Wicklungen auf dem Rotor benötigt werden, eignet sich die SRM für Anwendungen mit hohen Drehzahlen. Ein weiterer Vorteil des einfachen Rotors ist die niedrigere Wärmebildung. Somit entsteht die Wärme hauptsächlich im Stator, wodurch der Kühlaufwand vereinfacht wird. Das einfachere Thermomanagement und das Fehlen von temperaturempfindlichen Werkstoffen wie z. B. Permanentmagneten erlauben eine kurzzeitig hohe Überlastbarkeit der SRM.

Bei Anwendungen wie z. B. elektrischen Fahrzeugen könnte sich das als Vorteil aufweisen, da zum Beschleunigen des Fahrzeuges kurzzeitig hohe Drehmomente benötigt werden. Um die Einsatzfähigkeit der SRM in der Elektromobilität zu erproben, wird am Institut IEW im Rahmen des Projektes "StudKart" eine SRM für das E-Kart Modell B entwickelt.

Die größte Herausforderung der SRM ist ein konstantes Drehmoment zu erzeugen. Der Grund hierfür ist die ungewöhnliche Drehmoment-Charakteristik, welche durch den hochausgenutzten Betrieb in Sättigung und dem stromrichtungsunabhängigem Strangdrehmoment hervorgerufen wird. Um eine niedrige Drehmomentwelligkeit zu erhalten, müssen maschinenspezifische, sättigungsgrad- und drehzahlabhängige Stromverläufe in den einzelnen Strängen eingeprägt werden. Die Drehmomentwelligkeit der SRM kann durch konstruktive Maßnahmen in der Auslegung und durch spezielle Regelungsstrategien auf tolerierbare Werte reduziert werden.

Themenschwerpunkte am IEW:

      • Anwendungsspezifische Konstruktion des gesamten Antriebes
      • Auslegung mittels Pareto-Front basierten Optimierungsverfahren
      • Modellbildung der geschalteten Reluktanzmaschine
      • Entwicklung neuartiger Regelungsstrategien

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Institut für Elektrische Energiewandlung