TU Wien entwickelt revolutionäre Elektromotoren: Antriebsregelung ohne Sensoren
Ingenieure der TU Wien tüfteln an einer revolutionären Antriebsregelung für Elektromotoren: Sie arbeitet mit millionstel Sekunden kurzen Testimpulsen und kommt ohne fehleranfällige Sensorik aus. Das soll Motoren ausfallsicherer machen.
Magnetlager der TU Wien: Mithilfe millionstel Sekunden kurzer elektrischer Testimpulse berechnet die Steuerungselektronik die Rotorposition. Fehleranfällige Sensoren sind nicht mehr notwendig.
Foto: TU Wien
In vielen Elektroautos kommen als Motoren sogenannte Drehstrom-Synchronmaschinen zum Einsatz. Auf einem Rotor im Motorinneren befinden sich Permanentmagnete, außen sind Elektromagnete angeordnet. Diese sorgen durch permanente Umpolung für Rotation. Energiesparend ist die Drehbewegung allerdings nur dann, wenn die Umpolung auch bei hohen Drehzahlen exakt synchron läuft, weiß Prof. Manfred Schrödl von der TU Wien: „Wenn dieser Takt nicht genau stimmt, dann ruckelt der Motor und man vergeudet Energie.“
Fehleranfällige Sensortechnik verursacht häufig Motorenausfälle
Bislang kommen Sensoren zum Einsatz, um die Umpolung zu steuern. Sie messen für die Steuerungselektronik kontinuierlich die Position der Permanentmagnete, bringen allerdings Probleme mit sich: „Die Sensortechnik verursacht Kosten, benötigt Platz und ist immer besonders ausfallkritisch“, erklärt Schrödl.
Es muss beispielsweise nur ein dünner Draht reißen oder sich eine feine Lötstelle lösen, und schon ist der Motorenausfall da. Schrödl hat deswegen gemeinsam mit seinen Kollegen an der TU Wien eine alternative Antriebsregelung entwickelt.
Millionstel Sekunden kurze Testimpulse verraten Rotorposition
Die Antriebsregelung der TU Wien kommt ohne fehleranfällige Sensortechnik aus. „Wir verwenden Kabel, die wir ohnehin immer haben: die Stromzufuhr zum Elektromagneten“, erklärt Schrödl. Durch diese Leitungen schickt die Steuerungselektronik elektrische Testimpulse, die nur Einige millionstel Sekunden dauern.
Die alternative Antriebsregelung könnte zukünftig auch in Motoren für elektrische Eisenbahnen zum Einsatz kommen.
Quelle: TU Wien
Dann kommt eine mathematische Methode zum Einsatz, die Schrödl mit seinem Team entwickelt hat. „Wenn man die zeitliche Veränderung des Stroms misst, der in der Spule auftritt, kann man daraus die Position des Rotors ganz genau berechnen.“
Suche nach Industriepartnern hat begonnen
Schrödl hat sich die Idee für die sensorlose Antriebsregelung bereits patentieren lassen und einen funktionsfähigen Prototypen entwickelt. Öffentlich präsentieren wird er ihn erstmals auf der Hannover Messe im April 2015. Vielleicht klopft dort ja auch ein Geschäftspartner an. „Die Technik ist ausgereift, nun suchen wir nach Industriepartnern, die davon profitieren möchten.“
Die neue Antriebsregelung könnte auch in sogenannten Schwungrädern zum Einsatz kommen – eine Methode der mechanischen Energiespeicherung, die Rotationsenergie viele Stunden lang speichert und bei Bedarf in elektrische Energie umwandelt.
Auch hier arbeiten bislang Sensoren, die ständig die Position des Rotors an die Steuerungselektronik senden, die ihn mit Elektromagneten in Position halten. „Würde man den schwebend gelagerten Rotor einfach nur rotieren lassen, würde er rasch in eine Richtung driften, mit dem Lager kollidieren und die Maschine zerstören.“
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