Permanentmagneterregte Line-Start Motoren mit Luftspaltmagneten

Der Trend zu energieeffizienteren elektrischen Antriebssystemen ist aus ökologischer Sicht ein notwendiger Schritt und wird seit Jahren intensiv diskutiert und forciert. Ein nicht unerhebliches Einsparpotential an Energie birgt die Umstellung zu drehzahlveränderbaren Antrieben. Allerdings existieren auch Applikationen, bei denen eine Veränderung der Drehzahl nicht gewünscht oder sogar technisch ausgeschlossen ist. In diesen Fällen kommen Motoren zum Einsatz, die direkt vom Drehstromnetz versorgt werden und die folglich selbstständig am starren Netz startfähig sein müssen.

Diese Motoren werden allgemein als Line-Start Motoren bezeichnet, deren klassischer Vertreter der Asynchronmotor in Käfigläuferausführung ist. Neben dem Wunsch der Anwender nach höherer Energieeffizienz ist es vornehmlich die Gesetzgebung, die den Anstoß gibt, speziell auch in diesem Motorsegment nach energieeffizienteren Lösungen zu streben. Da Asynchronmotoren aber funktionsbedingt Verluste im Rotor aufweisen, ist deren Eignung als Hocheffizienzantrieb, besonders bei kleinen Leistungen, stark begrenzt. Permanentmagneterregte Synchronmaschinen, die durch einen Dämpferkäfig die Eigenschaft zum Selbstanlauf erhalten, stellen in diesem Leistungsbereich eine interessante Alternative dar.

Zwar ist dieser Ansatz keineswegs neu, da derartige Hybridmotoren bereits seit mehreren Jahrzehnten am Markt erhältlich sind, allerdings existieren alle bisher kommerziell vertrieben Produkte nur in der Bauform mit vergrabenen Magneten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Eignung der bis dato wenig beachteten Bauform mit Luftspaltmagneten, die für kleine Stückzahlen erhebliche Fertigungsvorteile mit sich bringt.

eben der Untersuchung der Vor- und Nachteile diese Bauform, stellt die Arbeit analyische Berechnungsmodelle vor, die sowohl den stationären, als auch den transienten etrieb dieser Line-Start Motoren beschreiben können. Deren Aussagekraft und Güligkeit wird anhand von Messungen an einem real ausgeführten Funktionsmuster betätigt. Ferner werden die Modelle herangezogen um Untersuchungen bezüglich tranienter Stoßeffekte im normalen Betrieb und im Fehlerfall zu untersuchen. Parallel azu werden Simulationsergebnisse diskutiert, die mittels Finiter Elemente Methode ie Auswirkungen transienter Vorgänge auf die Luftspaltmagnete aufzeigen. Die Unersuchungen schließen mit einer Skalierbarkeitsstudie, die die praktischen Einsatzrenzen von PM Line-Start Motoren dieser Bauform eruiert und mögliche Verbesseungen der Technologie beleuchtet.