Effizienter, leiser, sensorlos: TU Wien verbessert Elektromotoren

Häufig benötigt man in Elektromotoren eigens eingebaute Sensoren, um laufend die Position des Magnet-Rotors im Inneren des Motors zu messen. An der TU Wien wurde eine Elektromotor-Antriebsregelung entwickelt, die ganz ohne solche Sensoren auskommt.Bild Elektromotor TU Wien klein

Diese Technologie wird von Firmenpartnern bereits eingesetzt. Diese Elektromotoren sind sehr leise und erreichen ein optimales Drehmoment im gesamten Drehzahlbereich. Die Motoren sind nicht nur effizienter, der Verzicht auf fehleranfällige Sensorik macht sie auch deutlich ausfallssicherer.

Die Anwendungsmöglichkeiten reichen von kleinen Haushaltsgeräten bis hin zu großen Eisenbahnen: Drehstrom-Synchronmaschinen sind ein Motorentyp, der heute in ganz unterschiedlichen Größen gerne eingesetzt wird. Auf dem Rotor im Inneren des Motors befinden sich Permanentmagnete, außen sind Elektromagnete angeordnet die im richtigen Takt, passend zur Rotationsgeschwindigkeit immer wieder umgepolt werden müssen. „Wenn dieser Takt nicht genau stimmt, dann ruckelt der Motor und man vergeudet Energie“, erklärt Prof. Manfred Schrödl von der TU Wien.

Normalerweise messen Sensoren die Position des Magneten, geben die Daten an die Steuerungselektronik weiter, die dann die Elektromagnete kontrolliert. „Solche Sensoren bringen aber immer wieder dieselben Probleme mit sich“, erklärt Schrödl. „Die Sensortechnik verursacht Kosten, benötigt Platz und ist immer besonders ausfallkritisch.“ Dünne Drähte und feine Lötstellen bei den Sensoren gehen leicht kaputt und sind für viele Motorenausfälle verantwortlich.

Ultrakurze Testpulse

Das Synchronmaschinen-System geht einen ganz anderen Weg: „Wir verwenden die Kabel, die wir ohnehin immer haben: Die Stromzufuhr zum Elektromagneten“, sagt Manfred Schrödl. Kurze elektrische Testimpulse werden durch die Leitungen geschickt, und aus der elektrischen Reaktion darauf lässt sich die aktuelle Stellung des Rotors ableiten.

Die elektrischen Pulse, die dafür nötig sind, dauern nur einige Millionstel-Sekunden. Eine klug angelegte Elektronik stellt sich auf die Drehzahl des Motors ein und steuert die Elektromagnete. Bei niedriger Drehzahl, beim Hochfahren des Motors, muss die genaue Position sehr oft gemessen werden. Läuft der Motor auf vollen Touren, ist es einfacher, genug Information über die Bewegung zu erhalten.

Wirtschaftliche Erfolge

Die neue Technik wird nun bereits erfolgreich in verschiedenen Industrie- und Medizinapplikationen eingesetzt. Laufend werden weitere Anwendungsgebiete für die sensorlose Antriebstechnik erschlossen, wobei die TU Wien im Entwicklungsprozess gerne die Anwender unterstützt. Nach wie vor wird die Technologie an der TU Wien weiterentwickelt. So gelang es nun, die Motoren deutlich leiser zu machen. Sendet man nämlich elektrische Pulse in den Motor kann das zu hörbaren Schwingungen führen. Nun wurden diese Pulse so angepasst, dass die Schwingungen nur noch in einem unhörbaren Frequenzbereich auftreten. „Gerade für geräuschsensible Anwendungen, etwa bei Lüftungen oder bei Elektroautos, bringt unsere Neuentwicklung große Vorteile“, meint Prof. Schrödl.

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