Asynchronmaschinen mit Druckguss-Läuferkäfig für wechselrichtergespeiste elektrische Antriebe in Hochdrehzahlanwendungen

Project lead: Prof. Dr.-Ing. Thomas Schuhmann Cooperation partner: Breuckmann GmbH & Co. KG, ATS-Elbtalwerk GmbH Funding body: BMWi

Asynchronmaschinen mit Druckguss-Läuferkäfig für wechselrichtergespeiste elektrische Antriebe in Hochdrehzahlanwendungen
Simulation der mechanischen Verformung im Stab-Ring-Bereich einer Kurzschlussläufer-Asynchronmaschine mit Kupferkäfig.

Die Leistungsdichte elektrischer Antriebe lässt sich durch Steigerung der mechanischen Drehzahl deutlich erhöhen. Für energieeffiziente und robuste Asynchronmaschinen mit gegossenem Kupfer-Rotorkäfig müssen im Rahmen von Hochdrehzahlkonzepten das elektromagnetisch-mechanische Design sowie die Gusstechnologie für den Rotorkäfig völlig neu bewertet werden.

Ziel des FuE-Projekts ist es, die Verwendung von Kupferdruckgussläufern für Asynchronmaschinen in Hochdrehzahlantrieben wie z. B. hochdynamischen Prüfstandsantrieben oder elektrischen Fahrzeugantrieben zugänglich zu machen. Bei Drehzahlen bis 25.000 1/min respektive Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 160 m/s sollen die Vorteile des Kupfers bezüglich der besseren elektrischen Leitfähigkeit und damit geringeren Rotorverlusten sowie der höheren mechanischen Festigkeit mit speziellen Konstruktionsmaßnahmen zur Steigerung der Drehzahlfestigkeit kombiniert werden.

Im Rahmen des Projektes erfolgt die Auslegung und Validierung von Asynchronmaschinen unter besonderer Berücksichtigung der Bedingungen bei Wechselrichterspeisung sowie des geforderten dynamischen Antriebsverhaltens gestützt durch umfassende Multiphysics-FEM-Simulationen. Umfangreiche Gießprozesssimulationen kombiniert mit Analysen von Gießversuchen bei den Projektpartnern dienen der Erzielung einer hohen Prozesssicherheit. Im Ergebnis entsteht ein getesteter, hochdrehzahltauglicher Prüfstandantrieb mit Kupferläufer-Asynchronmaschine, welcher zugleich als Demonstrator für Industrieantriebe oder Antriebe in der Elektromobilität dient.