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Elektrische Antriebe für PKW und Nutzfahrzeuge finden seit einigen Jahren verstärktes Interesse der Hersteller. Insbesondere hybride Lösungen in Kombination mit einem Verbrennungsmotor werden verfolgt, weil die an Bord mitführbare, elektrische Energiemenge nach wie vor eng begrenzt ist. Bevorzugte Hybridanordnungen sind:

Integrierte Starter/Generatoren, die direkt oder über Kupplungen mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden sind,

Elektrische Zusatzantriebe für eine Achse des Fahrzeuges.

Mit beiden Versionen könnten bereits wesentliche Vorteile eines elektronisch gesteuerten Antriebes genutzt werden, insbesondere:

Hohes Anfahrdrehmoment und hohe Spitzenleistung für Beschleunigungsvorgänge

Generatorisches Nutzbremsen mit, entsprechender Energierückgewinnung bei Bremsvorgängen

Diese Vorteile sind jedoch bisher nur in geringem Umfang nutzbar, weil die (kurzzeitige) Spitzenleistung bestehender Antriebssysteme unter Berücksichtigung der Gewichtsbeschränkungen und der verfügbaren Energiespeicher nicht ausreicht. Um die potentiellen Vorteile in größerem Umfang zu erschließen, werden erhebliche Entwicklungsanstrengungen unternommen. Am Institut für Elektrische Antriebstechnik wurden unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Bausch schon frühzeitig die für diese Anwendungen aussichtsreichsten Antriebsarten untersucht. Aufbauend auf diesen Arbeiten konnten die in diesen Projekten entwickelten Reluktanzmaschinen für die Erprobung der im folgenden beschriebenen Elektronikentwicklung genutzt werden.

Im Vergleich zu etablierten Anwendungsfeldern elektronisch gesteuerter Antriebe – z.B. in industriellen Produktionsanlagen oder elektrischen Bahnen – sind die neuen Einsatzgebiete durch erschwerte Randbedingungen gekennzeichnet:

Sehr niedrige und inkonstante Spannungen der verfügbaren Energiequellen (Akkumulatoren oder Brennstoffzellen)

Extrem hohe Anforderungen bzgl. Gewichtsminimierung, Produktkosten sowie der Zuverlässigkeit unter rauen Umgebungsbedingungen.

Reluktanzmaschinen weisen hier durch die einfache, robuste Rotorausführung (ohne Wicklungen oder Permanentmagnete) wesentliche Vorteile auf. Erhebliche weitere Vorteile konnten im Rahmen neuer Elektronikentwicklungen durch eine neuartige Topologie der Leistungselektronik erzielt werden, welche die Maschinen wesentlich effizienter mit den erforderlichen, impulsförmigen Strömen speist, so dass deutlich geringere Verluste in den Statorwicklungen der Maschine resultieren. Des weiteren konnte eine Steigerung der erzielbaren Spitzenleistungen der bestehenden Maschinen um ca. den Faktor 2 bei Beschleunigungsvorgängen und den Faktor 3 bei Bremsvorgängen erzielt werden, wodurch die Attraktivität der Reluktanzantriebe für Fahrzeuganwendungen wesentlich gesteigert wird.

SRD Bild

Geschaltete Reluktanzmaschine