Grundprinzip

Planetenmotor Grundprinzip

© TU Wien/ESEA

Grundprinzip: mehrere gleichartige Maschinen werden in einem gemeinsamen Stator kombiniert. Nun können inaktive (grün) sowie kompensierende Bereiche (braun) eingespart werden. Die Anzahl der benötigten Spulen wird dadurch reduziert.

Getriebeansicht

Vorderansicht eines Prototypen des Planetenmotors

© Tu Wien/ESEA

Auf der Vorderseite des Planetenmotors befindet sich das Getriebe

Seit einigen Jahren wird im Forschungsbereich Antriebe und Leistungselektronik der elektrische Planetenmotor entwickelt. Ziel dieser Entwicklung ist ein leistungsstarkes Motor-Getriebe-System, das die Leistungsgrenzen von konventionellen Permanentmagnet-Synchronmaschinen übertreffen soll. Elektrische Motoren für Industrie- und KFZ-Antriebe bekommen in der Regel über hohe Drehzahlen ihre hohe Leistungsdichte. Das Drehzahl- und Drehmomentverhalten wird anschließend über ein separates Getriebe an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst. Die Leistung der Maschine kann dabei nur soweit über die Drehzahl erhöht werden, wie es die Festigkeitseigenschaften des Rotormaterials zulassen. Üblicherweise sind Rotorumfangsgeschwindigkeiten von max. 100-200 m/s wirtschaftlich darstellbar. Der Grundgedanke für die neuentwickelte Antriebsform ist das Aufteilen des einen Rotors in der konventionellen elektrischen Maschine auf mehrere Rotoren, deren mechanische Leistung über ein Getriebe wieder kombiniert wird. Dabei bilden nun die verzahnten Rotorwellen bereits einen Teil des Getriebes. Die Anordnung der Rotorwellen erinnert an die Planetenräder eines Planetengetriebes, was diesem Motor auch seinen Namen gibt.

Durch geschickte Auslegung können mehrere Maschinen in einem einzigen Stator zusammengefasst werden, der mit einem gemeinsamen dreiphasigen Wicklungssystem von einem Umrichter gespeist mehrere synchrone Drehfelder erzeugt. Wird der konventionelle Rotor flächengleich auf mehrere Teilrotoren aufgeteilt, ist der Durchmesser der vier neuen Teilrotoren nur mehr halb so groß wie der des ursprünglichen Rotors. Damit ist auch die Umfangsgeschwindigkeit bei gleicher Drehzahl halbiert und erlaubt theoretisch die doppelte Drehzahl bzw. die doppelte Leistung, wenn zuvor die Drehzahl aufgrund der Festigkeitseigenschaften nicht weiter erhöht werden konnte.

Diese Konstruktion erlaubt einerseits geradlinige Statorelemente, auf die vorgefertigte Spulen aufgeschoben werden können, und andererseits auch eine einfache Verschaltung der Statorspulen mit vollständig integrierter Leistungselektronik. Durch die flache Bauweise ergibt sich ein kompakter Antriebsstrang durch Integration von Motor, Getriebe und Leistungselektronik.