Aktuelle Forschungsschwerpunkte

Aktuelle Forschungsschwerpunkte

Antriebstechnik für Elektro- und Hybridautos sowie Bahnantriebe

Elektro- und Hybridantriebe:

  • Der Anteil an elektrischen Komponenten im Automobil steigt ständig, wobei neben Hilfsantrieben zur Zeit E-Antriebe für Hybridautos und Aktoren für Brake-und-Steer-by-Wire-Anwendungen im Vordergrund stehen.

Fahrzeugantriebe:

  • Entwicklung eines permanentmagneterregten Außenläufermotors für Radnabenantriebe im PKW-Bereich
  • Entwicklung hochtouriger Innenläufer-Permanentmagnetmotoren für Doppel-E-Antriebe in Range-Extender-Fahrzeugen (mit zweistufigen Getrieben, in Kooperation mit den Instituten "Mechatronische Systeme im Maschinenbau" und "Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugantriebe", FB 16)

Bahnantriebe:

  • Numerische Untersuchung von Permanentmagnet-Innenläufer-Motoren mit hohem Reluktanzmomentanteil für Nahverkehrszüge bei innengelagerten Drehgestellen
  • Entwicklung von Schwungradspeichern für Straßenbahnen und U-Bahnen zur Rekuperation der Brems-Energie
  • Charakterisierung des Lastzustandes von Weichenstellantrieben aus der Strommessung

Direktantriebe

Durch Einsparung mechanischer Übertragungselemente wie z.B. Getriebe soll die Antriebskraft direkt vom elektromagnetischen Aktor (Energiewandler) genutzt werden.

  • Entwicklung einer Flux-Switching-Maschine als niedertourigen Motor (1000/min) mit wicklungslosen Läufer und hohem Drehmoment (500 Nm)
  • Entwurf und experimentelle Untersuchung von doppelseitig wirkenden Axialflussmaschinen mit Permanentmagnet-Rotoren.

Elektrische Maschinen für regenerative Energien

Für regenerative Energieerzeugung werden Generatoren für Wind- und Wasserkraft rechnerisch und experimentell untersucht.

  • Rechnerische Untersuchung von Flux-Switching-Maschinen als segmentierte Windgeneratoren für Leistungen bis 3 MW bei 15 U/min

Hochtourige Drehstromantriebe / magnetisch gelagerte Antriebe

Hochtourige Antriebe werden in vielen industriellen Anwendungen entwickelt, um das Verhältnis Leistung/Volumen zu steigern (z. B. Kompressortechnik, High Speed Cutting). Mechanisch und magnetisch gelagerte Asynchron- und permanentmagneterregte Synchronmaschinen mit Umrichterspeisung werden berechnet, gebaut und auf institutseigenen Prüfständen erprobt (z.B. wassermantelgekühlt: a) 30 kW - 24000/min, b) 40 kW - 40000/min, c) oberflächenluftgekühlt: 500 W - 60000/min).

  • Lagerlose PM-Motoren für hohe Drehzahlen für Ausführungen mit zwei oder vier Magnetpolen mit Verwendung einer einzigen Dreiphasenwicklung sowohl für das Antreiben als auch das magnetische Lagern (2 kW - 60000/min)
  • Lagerlose Doppelmotoren mit konischen Läufern für axiale und radiale Lagerung ohne Magnetlager, sondern ausschließlich nur durch die lagerlosen Motoren selbst (2 kW - 25000/min)
  • Entwicklung und Erprobung von Magnetlagern mit Einsparung der Lagesensoren (sensorloses Magnetlager) mit Verwendung der Stromanstiegsgeschwindigkeit

Wechselwirkung Umrichter – Elektrische Maschine

Schnell schaltende IGBT-Umrichter auf Siliziumbasis, aber mehr noch die schneller schaltenden MOSFET-Umrichter auf Silizium-Karbit-Basis verursachen in elektrischen Maschinen gefährlich hohe Spannungsspitzen und kapazitiv verursachte schädliche Lagerströme. In Grundsatzuntersuchungen werden diese Einflüsse auf die Wicklungsbeanspruchung und auf die Lagerströme elektrischer Maschinen unterschiedlicher Baugröße ermittelt. Weiter verursacht die Umrichterspeisung zusätzliche Verluste in elektrischen Maschinen, deren Vorausberechnung mit numerischen Methoden untersucht wird.

  • Modellierung und numerische Berechnung von parasitären Strömen in elektrischen Maschinen bei Umrichterspeisung
  • Lagerströme in Permanentmagnet-Synchronmaschinen, Skalierungseffekte kleiner oder großer Maschinen auf die Lagerstromausbildung, Einfluß des Schmierstoffs auf die Lagerströme, Spannungsbeanspruchung der Wicklungsisolation bei steilen Schaltflanken der Umrichter-Ausgangsspannung.

Hochperformante Industrieantriebe

Moderne drehzahlveränderbare Industrieantriebe sollen höchste Drehmomentdichten bei gleichzeitig exzellenten Wirkungsgraden aufweisen. Für spezielle Anwendungen ist eine sehr geringe Momentenwelligkeit bei gleichzeitig hoher Dynamik gefordert. Die Evaluierung von Gestaltungsrichtlinien und von geeigneten Simulationsmodellen für diesen Entwurf und die Vorausberechnung solcher Antriebe sind Themenschwerpunkte.

  • Messverfahren für den Wirkungsgrad bei Permanentmagnet-Synchronmaschinen aus Ersatzgrößen (Leerlaufversuch, Bohrungsfeldmessung)
  • Schwingungs- und Geräuschanalysen in umrichtergespeisten Antrieben

Sondermaschinen

  • Synchrone Reluktanzantriebe bei Umrichterspeisung
  • Permanentmagnet-Synchronmaschinen mit erhöhtem Reluktanzmoment
  • Spezialmotoren für Kühlwasserpumpen

Mögliche zusätzliche künftige Forschungsschwerpunkte

  • Ultra-High-Speed-Antriebe für Luft- und Raumfahrt (n > 100000/min)
  • Hybrid-Antriebssysteme für dieselelektrische Lokomotiven
  • Auslotung des Energiesparpotentials von „Wirkungsgraderhöhten Asynchronmotoren“
  • Einsatz neuer Werkstoffe im Elektromaschinenbau (z.B. Hochtemperatur-Supraleiter-Anwendungen)
  • Optimierung von getriebelosen PM-Synchrongeneratoren für Wasser- und Windkraft
  • Geräuschoptimierte E-Antriebe
  • Fehlertolerante elektromechanische Antriebe
  • Hochkompakte E-Generatoren für Schwungradspeichersysteme
  • Untersuchung von speziellen Rotorgeometrien für die sonsorlose Regelung