Wetenschappers zoeken naar nieuwere en efficiëntere technologieën voor milieuvriendelijke voertuigen. Met de energietransitie wordt de vraag naar dergelijke oplossingen op alle terreinen steeds groter. Of de toekomst op de mobiliteitsmarkt aan de elektromobiliteit is, wordt beslist door de ontwikkeling van efficiëntere en tegelijkertijd veiliger systemen. De TH Nürnberg werkt aan methoden om de rotorweerstand van synchrone motoren nauwkeuriger te bepalen.
Onderzoekers aan de faculteit Elektrotechnik Feinwerktechnik Informationstechnik (EFI) van de Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm werken aan de optimalisatie van methoden voor het bepalen van de rotortoestand van een voor de elektromobiliteit interessant motortype: de externe bekrachtigde synchrone machine.
Synchroon of asynchroon
Het hoofddoel van het project is om een storingsvrij bedrijf van elektromotoren te garanderen, een belangrijke succesfactor voor de verdere ontwikkeling van de elektromobiliteit. Hier worden momenteel vooral permanent bekrachtigde synchrone machines of asynchrone machines ingezet. Beide aandrijfconcepten hebben voor- en nadelen.
De permanent bekrachtigde synchrone machines hebben een hoge vermogensdichtheid en een gunstig rendement. Ze kunnen echter niet zonder dure elektronica om uitvallen te voorkomen, en ze bevatten zeldzame aarde magneten die zeer duur zijn en een einde beschikbaarheid hebben. De asynchrone machines zijn robuust, veilig tijdens bedrijf en bevatten geen zeldzame aardmetalen. Hun rendement en vermogensdichtheid zijn echter minder gunstig dan die van de permanent bekrachtigde synchrone machines.
Externe bekrachtiging
De onderzoekers werken al enkele jaren aan een geoptimaliseerd bedrijf van extern bekrachtigde synchrone machines om zo de weg naar een innovatieve en op de toekomst gerichte elektromobiliteit te openen. Extern bekrachtigde synchrone machines werken zonder zeldzame aarde magneten, waardoor ze een hoog rendement combineren met de al bekende aandrijfconcepten.
Bij dit type motoren gebeurt de energieoverdracht gewoonlijk met een sleepring op de rotor, waardoor mechanische slijtage en hierdoor weer problemen met de isolatie van de hoge spanningen kunnen ontstaan. De sleepring is daarom een van de grootste nadelen van dit interessante motortype.
In het in 2016 afgesloten gezamenlijke onderzoeksproject Forelmo waaraan de TH Nürnberg deelnam, werd reeds een contactloos energieoverdrachtsysteem ontwikkeld, dat deze nadelen van de externe bekrachtigde synchrone machine met succes oploste. Maar door het contactloze systeem konden de wetenschappers de rotorstroom niet direct meten.
Bepaling van rotorweerstand
Ze gebruiken nu mathematische modellen en berekeningsmethoden om de rotorstroom en de rotorweerstand uit andere meetgrootheden te bepalen. De rotorweerstand geeft informatie over de warmteontwikkeling in de rotor en dient daarmee als kengetal voor de beveiliging tegen oververhitting.
Met een nog preciezere uitspraak over de rotorweerstand kan de extern bekrachtige synchrone machine effectiever worden gebruikt, bij een lagere levensduur met hogere prestaties zonder oververhitting. De verbeteringen aan de inschattingsmethode vormen een nieuwe stop om de extern bekrachtigde synchrone machine aantrekkelijker te maken voor de automobielbranche.
De optimalisatie van de bepaling van de rotortoestand is een nieuwe onderzoeksbenadering in het competitieve onderzoeksterrein voor de elektromobiliteit. De ontwikkeling van innovatieve en efficiëntere elektrische aandrijvingen speelt een grote rol bij de energietransitie en de klimaatbescherming.
