Motor und Getriebe in einem Planetenmotor als neuartiger Elektroantrieb

Der Planetenmotor, entwickelt an der TU Wien, bietet Motor und Getriebe in einem.
Der Planetenmotor, entwickelt an der TU Wien, bietet Motor und Getriebe in einem.

Für Elektrofahrzeuge und viele andere Anwendungen soll eine Neuentwicklung der TU Wien große Vorteile bringen: Der elektrische Planetenmotor vereint Motor und Getriebe; er ist platzsparend, ausfallssicher und energieeffizient. Präsentiert wird er auf der Hannover Messe 2017.

Motor und Getriebe sind normalerweise zwei getrennte Funktionseinheiten. An der TU Wien wurde jetzt ein neuartiges Motorenkonzept entwickelt, das beides zu einer Einheit zusammenfügt. Statt eines einzelnen Rotors kommen vier Rotoren zum Einsatz, die miteinander mechanisch gekoppelt sind. So entsteht ein »Planetenmotor«, der sich durch hohe Leistungsdichte, Energieeffizienz, Einfachheit und Ausfallssicherheit auszeichnet. Der laut TU Wien weltweit einzigartige Motor wird in diesem Jahr erstmals auf der Hannover Messe präsentiert.

»Zunächst haben wir überlegt, wie man mehrere Elektromotoren zu einer Einheit kombinieren kann«, erläutert Prof. Manfred Schrödl von der TU Wien. Jeder Elektromotor hat innen einen Rotor, außen befinden sich Elektromagneten. Wenn man mehrere Motoren auf geometrisch geschickte Weise nebeneinander anordnet, dann sind manche Abschnitte der unbewegten Motorteile, der sogenannten Statoren, magnetisch nicht mehr nötig. So lässt sich die Gesamtstruktur vereinfachen, was Platz spart und Verluste reduziert.

»Wir verwenden beispielsweise vier elektrische Maschinen mit dreisträngiger Wicklung, insgesamt hat man also zwölf magnetische Spulen«, führt Schrödl aus. »Durch unsere Anordnung der Maschinen kommt man allerdings mit nur sechs Spulen aus.« Zwei Rotoren treiben gemeinsam einen großen, innen gezahnten Zahnkranz an; die anderen beiden Rotoren, die in die andere Richtung drehen, treiben ein etwas kleineres, außen gezahntes Rad. »Dabei entsteht ein Bild, das einem einstufigen Planetengetriebe ähnelt«, sagt Schrödl. »So kam der elektrische Planetenmotor zu seinem Namen. Das Getriebe, das wir damit direkt in den Motor und seinen Abtrieb integrieren, ist extrem einfach, so dass der Wirkungsgrad steigt und die Herstellungskosten sinken.«

Dass gleich mehrere Rotoren im Spiel sind, bedeutet nicht, dass die Steuerung des Motors dadurch komplizierter wird: Von außen wird der Planetenmotor genauso geregelt und mit Strom versorgt wie ein herkömmlicher Synchronmotor. Ein weiterer Vorteil wurde in den Planentenmotor gleich mit eingebaut: Er kommt ohne fehleranfällige Sensorik aus. Bereits vor vielen Jahren entwickelte Schrödl einen sensorlosen Motor, bei dem die aktuelle Position des Rotors nicht mehr mit speziellen Sensoren gemessen werden muss, sondern über die stromführenden Kabel ausgelesen wird. »Diese sensorlose Technologie hat sich mittlerweile zigtausendfach in der Praxis bewährt«, kommentiert der Professor.

Ein Planetenmotor-Prototyp wurde an der TU Wien hergestellt und ausführlich vermessen. »Die Eigenschaften des neuen Maschinentyps sind außerordentlich gut«, sagt Manfred Schrödl. »Er ist nicht nur extrem kompakt, sondern man kann auch bei gleicher Umfanggeschwindigkeit der Rotoren die doppelte Leistung erzielen, verglichen mit konventionellen Maschinen.«

Anwendungsbereiche für den Planetenmotor gibt es viele: In Elektrofahrzeugen könnte er seine Vorteile ausspielen, der Einsatz in Werkzeugmaschinen sowie Hebe- und Produktionstechnik böte sich an. Besonders für sicherheitskritische Anwendungen und Hochleistungs-Einsätze ist der Planetenmotor geeignet.

Hannover Messe: Halle 6, Stand D18