Die Vernier-Maschine als Direktantrieb für Traktionsanwendungen
Dominik Thyroff
In Traktionsanwendungen werden in der Regel hohe Drehmomente bei niedrigen Raddrehzahlen benötigt, weshalb die Kombination aus einer schnelldrehenden Maschine und einem mechanischen Getriebe gängige Praxis ist. Die mechanischen Komponenten bringen jedoch einige negative Eigenschaften mit sich, weswegen besonders bei elektrisch angetriebenen Zweirädern ein vorteilhaftes Systemverhalten durch den Einsatz von Direktantrieben erreicht wird. Aufgrund des begrenzten Bauraums müssen die eingesetzten Antriebsmaschinen hohe Drehmomentdichten erreichen. Um die Drehmomentdichte der bisher verwendeten permanenterregten Synchronmaschinen zu steigern, können Flussmodulationsmaschinen eingesetzt werden.
Die in dieser Arbeit verwendete Außenläufer-Vernier-Maschine unterscheidet sich von konventionellen permanentmagneterregten Synchronmaschinen hauptsächlich durch die am Stator aufgesetzten Flussmodulationspole und die unterschiedlichen Polpaarzahlen auf Stator und Rotor. Die Konstruktion birgt keine zusätzlichen Komplexitäten sodass im Vergleich zu konventionellen Maschinen kein konstruktiver Mehraufwand und keine relevanten Mehrkosten in der Fertigung zu erwarten sind.
Der in dieser Arbeit durchgeführte gesamtheitliche Vergleich zu konventionellen Permanentmagnet-Maschinen zeigt, dass die Vernier-Maschine grundsätzlich eine geringere Flussverkettung erzeugt. Dennoch erreicht die Vernier-Maschine durch die interne Drehzahlübersetzung eine Drehmomentsteigerung von etwa 150 – 200 %. Die durchgeführten Berechnungen werden durch Messungen überprüft, sodass die getroffenen Überlegungen und die Simulationsmodelle als durch die Messung validiert anzusehen sind. Inwieweit ein Einsatz der Vernier-Maschine sinnvoll ist, kann jedoch nur individuell durch einen Vergleich der Kosten und des Nutzens ermittelt werden. Grundsätzlich eröffnet die Vernier-Maschine neue Möglichkeiten für Direktantriebe in Traktionsanwendungen auf besonders kleinem Bauraum.
