Masterarbeit

Geschaltete Reluktanzmotoren (SRMs) zeichnen sich durch eine robuste und wirtschaftliche Konstruktion, einen hohen Drehzahlbereich und den Verzicht auf Seltenerdmaterialien aus. Zur Erhöhung der Leistungsdichte und Erschließung weiterer Anwendungsgebiete beinhalten sogenannte permanentmagnetunterstützte SRMs (PM-SRMs) Stator- Magnete, welche sowohl Drehmomentcharakteristik als auch Drehzahlbereich beeinflussen.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Strategie zur Definition des angestrebten Magnetisierungszustands zur Optimierung der Betriebseigenschaften sowie zur Umsetzung der Magnetisierungsänderung während des Betriebs. Dazu wird ein 1 kW PM-SRM Prototyp mit AlNiCo-Magneten geringer Koerzitivfeldstärke experimentell untersucht. Auf Basis durchgeführter Verzögerungs-, Beschleunigungs- und stationärer Lastversuche werden die Effizienz, Drehmoment- und Leistungseigenschaften sowie Dämpfung, Drehmomentschwankungen und Vibrationen untersucht. Dabei zeigt sich eine starke Korrelation zwischen dem Magnetisierungsgrad und der Verbesserung von Leistungsvermögen, Effizienz und Vibrationseigenschaften, wobei Ausnahmen bei niedrigen Phasenspannungen und dem Betrieb nahe der Höchstdrehzahl bestehen.

Die technische Umsetzung einer Magnetisierungsanpassung während des Betriebs durch die Injektion von Stromimpulsen in die Statorwicklungen wird mittels elektromagnetischer Finite-Elemente-Analyse analysiert. Dabei zeigt sich die simultane Anregung zweier Phasen als geeignet, ausreichende remanente Magnetisierungen selbst bei hohen Drehzahlen zu erreichen. Allerdings sind dazu Impulsspannungen deutlich oberhalb der Nennspannung des Motors notwendig. Der resultierende Drehmomentimpuls kann durch die Anwendung bipolarer Spannungspulsformen signifikant reduziert werden.

Diese Arbeit zeigt die Machbarkeit sowie das Potenzial der Injektion von Stromimpulsen während des Betriebs zur gezielten Anpassung der Motoreigenschaften auf und leistet damit einen Beitrag zur Weiterentwicklung der PM-SRM Technologie.