Elektromotorkonzepte

[dkt]

Sind nicht gerade in Chile große Mengen an seltenen Erden endeckt worden?

Lagerstätten gibt es genug. Doch der Abbau ist mit viel Umweltbelastung verbunden. Selbst in Deutschland haben wir Lagerstätten. Doch auch hier gilt: Welche Umweltbelastung ist damit verbunden? Doch die Verfahren werden laufend weiterentwickelt.

Quelle zu Deutschland:

http://www.seltenerden-ag.de/

[bernd schlueter]

Flusssäure in der Landschaft tut dieser nicht gut, und das gängige Verfahren, seltene Erden in ihren selten geringen Konzentrationen aus Mutter Erde herauszulösen, ist eben das Herauslösen mit giftiger Flusssäure. Auch getrennt werden dann gerne die Fluoride. Andere Verfahren sind denkbar.
China selbst rüstet weiterhin seine Windgeneratoren mit Neodymmagneten aus, damit einige Funktionäre nicht an Hunger darben. Für das Ausland wurde die Lieferung 2011 eingeschränkt. Der Preis schnellte auf das Fünffache über Nacht hoch und es lohnt sich nicht mehr für uns, Windräder mit Neodymmotoren auszurüsten. Inzwischen ist der Preis wieder gesunken, aber man hält sich mit der Verwendung vernünftigerweise zurück.

Der Wirkungsgrad eines Elektromotors hängt sehr wesentlich von seiner Größe ab. Ab ca 12 kW wird der Wirkungsgrad von Asynchronmotoren passabel. Für sehr große Gigawattmotoren verwendet man Supraleitermagnete. Bei kleineren Leistungen liegt die Domäne der Permanentmagnetmotoren, die hier sehr große Vorteile bieten. Ein Nachteil ist die nicht änderbare Magnetstärke: bei hohen Drehzahlen besitzen Permanentmagnetmotoren hohe Eisen- und Wirbelstromverluste.
Kohlen sind out, es gibt inzwischen gute und preisgünstige Transistoren, bei sehr hohen Stömen keine IGBTs, sondern Thyristoren.

Vielphasenstrom, wie ihn der Kommutator jeder besseren kohlenbehafteten Gleichstrommaschine erzeugt, hat sich noch nicht durchgesetzt, üblich ist Dreiphasenstrom, im Haushalt auch Zweiphasenstrom mit Phasenschiebekondensator oder Kurzschlusswicklung zur Feldverbiegung.

Eigentlich sollten unsere Fahrzeugmotoren spottbillig sein, in Deutschland sind sie deutlich teurer als im Ausland, wie den USA.
Wir haben einige Elektroautofahrer, die kennen sich damit aus.
Einige setzen, wie ich, auf niedrigere Spannung, wobei die Halbleiter möglichst im Motorgehäuse integriert werden, damit keine zu langen, dicken Zuleitungen nötig sind.

Das Twike hat einen in der Drehzahl verdoppelten Asynchronmotor, da ist der Wirkungsgrad schon bei 6 kW Nennleistung passabel. Die auf Lotus-Chassis basierenden Modelle werden gerne mit auf 22.000Toren drehzahlerhöhten Asynchronmotoren von nur 30kW Nennleistung (bei 3000 Touren) ausgerüstet und leisten dann wassergekühlt etliche 100kW. Bei Siemens von der Stange bestellbar.

Neodym ist extrem korrosionsgefährdet (meist verkupfert und verchromt), Samarium-Kobalt weit weniger. Ferrit überhaupt nicht, aber die Induktionsdichte beträgt nur maximal 0,5 Tesla statt 1,4 Tesla bei Neodym. Samarium - Kobalt liegt bei 1 Tesla, jeweils bei 0 A magnetischer Spannung. Interessant: das weit robustere Samarium-Kobalt-Bor ist zur Zeit ähnlich teuer wie Neodym, also inzwischen sehr interessant.

Also: kleine bis mittlere Fahrzeuge sind mit permanentmagnetischen Synchronmotoren optimal bedient.

Reluktanzmotoren: waren in Frankreich beliebt, Schrittmotoren arbeiten meist mit Reluktanz. Sind aber um einiges schwerer und vor allem größer als vergleichbare Synchron- und Asynchronmotoren. Gibt es mit und ohne Vormagnetisierung.

Elektromotoren haben eigentlich eine unbegrenzte Lebensdauer. Kohlen sind out. Nur ich mache mir noch an meinem Saxo die Hände schmutzig.

[bernd schlueter]

Man kann im großen Ganzen sagen, dass alle nur möglichen Elektromotoren im 19. Jahrhundert erdacht und erfunden wurden. Heute wird fast nur noch "nacherfunden".
Nicht ganz, denn es machte eine sogenannter "Transversalflussotor von sich reden, von dem ich lange Zeit glaubte, ich hätte ihn erfunden. Aus der Traum, eine Firma, die am Starnberger See angesiedelt ist, hatte ihn auch erfunden und - patentiert. http://www.magnet-motor.de/index.php?id=3
Man wollte einen Langsamläufer bauen, hatte aber vier Luftsspalte hintereinander, was Motoren gar nicht gerne haben, folglich wurde aus dem Langsamläufer ein Schnellläufer. Jetzt gibt es ein neues Konzept. Mit Hilfe von Luftkissen kann man die Luftspalte extrem klein halten. Mehr wird nicht verraten.
Wunder erwarte ich auf dem Gebiet der Elektromotore keine mehr, aber, das, was in Deutschland üblich ist, ist nicht das Optimum.
Vor allem im Allgäu scheint sich aber etwas zu tun. Mehere dort neu entstandene Firmen entwickeln inzwischen hochinteressante Motoren. Klar, permanentmagnetische Synchronmotoren. Ich entdeckte auf der Hannovermesse gleich mehrere neue Firmen.

Man kann die Motoren leichter bauen, wenn man die Drehzahl erhöht. Aber jede Getriebestufe erhöht die Verluste um ca 2 bis 3 Prozent.

[fbitc]

Nö, der Twike Motor kam von ABM

[tubi]

Vielphasenstrom, wie ihn der Kommutator jeder besseren kohlenbehafteten Gleichstrommaschine erzeugt, hat sich noch nicht durchgesetzt, üblich ist Dreiphasenstrom, im Haushalt auch Zweiphasenstrom mit Phasenschiebekondensator oder Kurzschlusswicklung zur Feldverbiegung.

Ich versuche gerade zu verstehen, was in einem EV mit der Gleichspannung der Batterie passiert und welche verschiedenen Motorenkonzepte es gibt.

Wird in einem Umrichter ein Drehstrom generiert oder ein 2 phasiger Wechselstrom ?
Oder gibt es vielleicht beide Möglichkeiten und welche Beispiele gibt es ?

Ist es bei Synchronmotor und Asynchronmotor gleich wie die Gleichspannung vom Akku umgewandelt wird ?

Ist es beim i3 ein Synchron Reluktanzmotor oder hat der Synchronmotor nur dessen Eigenschaften ?

Gibt es andere besondere EV Motoren und bei welchen Autos ?

Wissen bezieht sich auf den ZOE bzw. zukünftig auch auf Smart.

Wird in einem Umrichter ein Drehstrom generiert oder ein 2 phasiger Wechselstrom ?

Dreiphasen-Drehstrom sicherlich per Phasenanschnitt am Synchronmotor.

Zur Akkuladung und Entladung des Akkus wird ein Kombi-Gleich-Wechselrichter-Umformer benutzt (das Ursprungsprinzip ist relativ alt), d.h. ein einziges Modul / Schaltung dient wechselweise zur Erzeugung einer Gleichspannung zum Laden des Akkus und zur Erzeugung einer Dreiphasen-Spannung zum Antrieb des Motors.
Es gäbe die Möglichkeit fremderregte oder permanenterregte Motoren zu nutzen. Wegen des Kombi-Lade-Umformers muß beim Laden des Akkus der Rotor stillstehen - es werden die Statorwicklungen als Induktivität genutzt. Man könnte den Stator eines permanenterregten Motors mechanisch blockieren - macht man nicht - man unterbricht die Erregung des fremderregten Läufers einfach. (Nachteil: es kann u. U. Kohlenverschleiß eintreten).
Ggf. hat man beim fremderregten Motor auch noch andere Möglichkeiten der Leistungs- Drehzahlsteuerung.
Soweit aus meinem Nähkästchen - genauer will ich's nicht wissen.

[tubi]

Danke.

Das mit dem Kombi-Lade-Umformer und den Statorwicklungen habe ich noch nicht ganz verstanden und muß nochmal fragen :

Was passiert mit dem permanenterregten Motor, wenn die Statorspule als Induktivität für den Kombi-Lade-Umformer benutzt wird ?
Es wird doch ein Magnetfeld zwischen Statorspule und Läufer mit Permanentmagneten aufgebaut und wirkt eine Kraft oder ?

Beim Fremderregten Läufer mit Spulen ist die Erregung unterbrochen, da passiert nichts, das hab ich verstanden.

Was passiert mit dem permanenterregten Motor, wenn die Statorspule als Induktivität

Der Läufer wird sich unkalkuliert bewegen wollen, die Statorspulen werden doch ebenso von Drehströmen der 3 Phasen versorgt - die 400Volt Wechselströme passieren doch gerade diese Spulen. (Daher muß neben dem Ladecontroller auch der Motor während der Ladung gekühlt werden)
Desweiteren würde sich durch Drehbewegungen die Induktivität ändern.
Man könnte, da ja keine Kupplung bzw. Freilauf zu den Rädern vorhanden ist, die Läuferbremse per RadBremse realisieren, wäre aber für den Anwender zu gefährlich. Grund, Handbremse wirkt nur auf die Hinterräder bzw. der Fahrer könnte den N-Gang eingeschaltet haben.

Viele Details stehen hier:
http://udel.edu/~jsj/JSJ-EV-AC-Fast-Charging-Thesis.pdf

[bernd schlueter]

Dazu möchte ich bemerken, dass meiner Meinung nach alles, was Neues erscheinen wird, mit hoher Wahrscheinlichkeit schon zwischen 1858 und 1920 erfunden und getestet wurde. Nunja, mit ein paar Ausnahmen. Reluktanz ist sehr alt, kann sehr robust, preiswert und drehzahlanpassungsfähig sein. Neodym-Motoren sind nicht immer das Gelbe vom Ei. Im Anzug und bei mittleren Drehzahlen super, aber bei hohen Drehzahlen fallen die Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverluste des weichmagnetischen Materials unangenehm ins Gewicht. Die Entwicklung guter weichmagnetischer Materialien ist nicht nur, seit die Telekom elektronische Lösungen verwendet, stehen geblieben, sondern Patente wurden von der Vakuumschmelze damals an Matsushita verkauft.
Feldreduzierung bei höherer Drehzahl ist deshalb angesagt, wobei sich Neodym-Magneten ausgesprochen zieren.
Asynchronmotoren ab einer Mindestgröße sind deshalb wie fremderregte optimal. Feldschwächung macht die Verbesserung weichmagnetischer Materialien verzichtbar. Bekanntlich bleibt die Leistungsdichte von Reluktnazmotoren bei gleicher Masse hinter der von Synchronmotoren zurück, und alles, was nicht asynchron ist, ist synchron. Gleich, ob der Wechselstrom durch einen Kommutator oder Elektronik erzeugt wird. Der Massenachteil ist nicht allzu schwerwiegend, manche sprechen von nur 20% Leistungseinbuße, was sich sicherlich aber nur auf hochtourige Motoren bezieht.
Ein bisher vernachlässigter Motortyp ist die Transversalflussmaschine, die ich so erkläre, dass das Magnetfeld um die Wicklung gewickelt ist, statt umgekehrt. Am Starnberger See wird so etwas gebaut, ich meine, noch nicht ausgereift., zu hochtourig, Drehmoment fehlt noch. http://www.compact-dynamics.de/entwickl ... maschinen/ Vorteilhaft für diesen Motor ist ein weichmagnetischer Pulverwerkstoff, der in allen Richtungen wirbelstromarm ist. Doktort Brusa an etwas Ähnlichem?
Interessant ist sicherlich der Transversalflussreluktanzmotor. https://de.wikipedia.org/wiki/Transversalflussmaschine
Ist solch ein Motor einmal in Bewegung, stört auch das starke Rastmoment nicht mehr. Geeignet auch als Langsamläufer , also Direktantrieb.

[MiBa]

BMW I3 oder I8:
HSM
Würde mich nicht wundern, wenns da bisschen Nachhilfe von Brusa gab ...

http://hybridfordonscentrum.se/wp-conte ... 04_BMW.pdf

pdf-Seite 6.
Hier ist das Diagramm zum I3 abgebildet.
Der große Vorteil von HSM, gute Performance über einen weiten Drehzahlbereich.

Grüße