Elektrische Antriebstechnik TU Wien präsentiert sensorlose Reluktanzmotoren

Ein sensorlos geregelter Reluktanzmotor, entwickelt von der TU Wien
Ein sensorlos geregelter Reluktanzmotor, entwickelt von der TU Wien

Die TU Wien stellt auf der SPS IPC Drives Reluktanzmotoren vor, die ohne Sensoren auskommen. Der Schlüssel dazu ist ein neues Regelungsverfahren.

Elektromotoren, die mit Permanentmagneten funktionieren, bringen ein Problem mit sich: Die benötigten starken Magnete 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 ist es jetzt gelungen, diesen Motortyp entscheidend zu verbessern. »Eine neuartige Regelung macht Lagesensoren entbehrlich, die bisher immer als entscheidende Schwachstelle galten«, erläutert Prof. Manfred Schrödl vom Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe. »Außerdem lassen sich die Motoren durch die spezielle Regelung hochdynamisch, stufenlos und ruckelfrei regeln.«

Wie bei anderen Motortypen 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. »Bisher waren dafür Lagesensoren nötig, die Kosten verursachen, Platz benötigen und fehleranfällig sind«, führt Schrödl aus. »Dünne Drähte und feine Lötstellen bei den Sensoren gehen leicht kaputt und sind für viele Ausfälle von Motoren verantwortlich.«

Schrödl und sein Team vom Institut für Energiesysteme und Elektrische Antriebe arbeiten schon seit längerer Zeit daran, Elektromotoren zu entwickeln, die ohne Lagesensoren auskommen. Mit einer sensorlosen Drehstrom-Synchronmaschine machte Schrödl bereits in den letzten Jahren auf sich aufmerksam. Jetzt präsentiert er auf der SPS IPC Drives auch einen sensorlosen Synchron-Reluktanzmotor.

Der entscheidende Trick bei der neuen Technik liegt darin, durch die Spulen der Elektromagnete elektrische Testimpulse zu schicken, die nur einige Millionstel Sekunden dauern. Die elektromagnetische Reaktion auf diese Impulse ist direkt messbar, und daraus lässt sich 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«, sagt Schrödl. Dafür habe das Team der TU Wien ganz neue Methoden erarbeitet.

»Dank unseres Verfahrens steht bereits ab Stillstand das volle Drehmoment des Antriebs zur Verfügung, und zwar innerhalb einiger Millisekunden«, verdeutlicht Schrödl. »Die neue Technik hat sich bei Permanentmagnet-Synchronmotoren schon bewährt; mit dem Schritt zu den Reluktanzmotoren erweitert sich das Spektrum der Anwendungsmöglichkeiten jetzt 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.

SPS IPC Drives: Halle 4, Stand 548