TU Wien präsentiert sensorlose Reluktanzmotoren

Elektromotoren, die mit Permanentmagneten funktionieren, bringen ein Problem mit sich: Die besonders starken Magnete, die man dafür braucht, enthalten Seltenerdmetalle, die schwer verfügbar sind. Das ist einer der Gründe dafür, dass Synchron-Reluktanzmotoren immer interessanter werden.

Der Rotor eines solchen Motors braucht weder Permanentmagnete noch Wickelspulen, außerdem haben Reluktanzmotoren einen besonders hohen Wirkungsgrad. An der TU Wien gelang es nun, diesen Motorentyp entscheidend zu verbessern:

Durch eine neuartige Regelung kann man nun ganz auf Lagesensoren verzichten, die bisher immer als entscheidende Schwachstelle galten. Außerdem lässt er sich durch die spezielle Regelung hochdynamisch, stufenlos und ruckelfrei regeln.

Der richtige Takt

Wie bei anderen Motorentypen sind auch im Synchron-Reluktanzmotor rund um den Rotor Elektromagnete angeordnet, die je nach Lage des Rotors richtig gepolt werden müssen, um den Rotor in Drehung zu versetzen. Man muss also genau feststellen, in welcher Position sich der Rotor gerade befindet.

Dafür waren bisher Lagesensoren nötig, die Kosten verursachen, Platz benötigen und fehleranfällig sind. Dünne Drähte und feine Lötstellen bei den Sensoren gehen leicht kaputt und sind für viele Motorenausfälle verantwortlich.

Prof. Manfred Schrödl und sein Team vom Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe arbeiten bereits seit längerer Zeit mit großem Erfolg daran, Elektromotoren zu entwickeln, die ohne Lagesensoren auskommen. Mit einer sensorlosen Drehstrom-Synchronmaschine sorgte er bereits in den letzten Jahren für Aufsehen, nun präsentiert Prof. Schrödl bei der Fachmesse SPS IPC Drives auch einen sensorlosen Synchron-Reluktanzmotor.

Testimpulse statt Sensoren

Der entscheidende Trick bei der neuen Technik liegt darin, durch die Spulen der Elektromagnete elektrische Testimpulse zu schicken, die bloß einige Millionstel Sekunden dauern. Die elektromagnetische Reaktion auf diese Impulse lässt sich direkt messen, und daraus kann man die momentane Position des Rotors berechnen.

Man nutzt die Stromzufuhr, die ohnehin nötig ist, eigene Sensoren braucht man dann nicht mehr. Besonders bei kleinen Drehzahlen und bei Stillstand war die Messung der Rotorposition bisher eine große Herausforderung. Dafür musste das Team der TU Wien ganz neue Methoden erarbeiten.

„Durch unsere Methoden steht bereits ab Stillstand das volle Drehmoment des Antriebes zur Verfügung, und zwar innerhalb einiger Millisekunden“, sagt Prof. Manfred Schrödl. Die neue Technik hat sich bei Permanentmagnet-Synchronmotoren bereits vielfach bewährt, mit dem Schritt zu den Reluktanzmotoren erweitert sich das Spektrum der Anwendungsmöglichkeiten nun noch einmal.

Ein besonderer Vorteil der neuen Technik ist, dass sie keine Geräusche verursacht, sie ist also auch für geräuschsensible Anwendungen gut einsetzbar, etwa für Lüftungen.

Außerdem präsentieren die TU Wien sowie einer ihrer Firmenpartner auf der SPS IPC Drives (Nürnberg, 24.-26.11.2014) in Halle 4-Stand 548 fünf weitere Innovationen:

Erstmals weltweit wird auf der SPS ein Lokalisierungsverfahren für herkömmlich UHF-RFID-Tags vorgestellt (passive wie semipassive). Die Intelligenz des Verfahrens steckt in einem neuartigen RFID Lesegerät, wodurch bestehende Systeme leicht nachgerüstet werden können.

Auf der SPS wird erstmals ein Magnetlager vorgestellt, das sensorlos geregelt wird und auch für höchste Drehzahlen geeignet ist. Dadurch steigt die Ausfallssicherheit, bei Reduktion der Produktions- und Wartungskosten.
Die effiziente Entwicklung von Anlagen für Industrie 4.0 mittels AutomationML-Modellen wird erstmals auf der SPS mit einer Plattform für paralleles Engineering vorgestellt. Diese erlauben paralleles Round-Trip Engineering und kostengünstige Erstellung von Simulationen, mit bis zu 40% Zeitersparnis.

Erstmalig präsentiert die TU Wien auf einer Messe anhand eines Prüfstandes für Stromabnehmer von Hochgeschwindigkeitszügen, wie hochdynamische mechatronische Systeme und Regelkonzepte effizienter entwickelt werden können.

Die Firma Tectos stellt erstmals auf der SPS ihre neuen Wellensysteme und Dockmechanismen für Prüfstände unterschiedlicher Art vor, die teilweise in Kooperation mit der TU Wien entwickelt wurden.

Rückfragehinweise:
Über wissenschaftliche Aspekte:
Prof. Manfred Schrödl
Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe Technische Universität Wien
T: +43-1-58801-370212
manfred.schroedl@tuwien.ac.at

Zum TU-Auftritt bei der Messe SPS:
Dipl.-Ing. Peter Heimerl
Forschungsmarketing
Technische Universität Wien
Karlsplatz 13, 1040 Wien
T: +43-664-605883320
forschungsmarketing@tuwien.ac.at

Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at

TU Wien – Mitglied der TU Austria
www.tuaustria.at