Lightweight Rotor Shaft for PMSM

Ziele

Das Ziel des Projekts bestand darin, die Vorteile der additiven Fertigung (AM) in der Elektrotechnik zu identifizieren und insbesondere die Umsetzung dieser Vorteile in einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) zu erreichen.

Figure 1: Optimized rotor shaft with lattice structures for a lightweight design Bild vergrößern

Verfahren
 

Ein optimales Material (H13) wurde bestimmt, und seine mechanischen und elektromagnetischen Eigenschaften wurden durch eine Wärmebehandlung untersucht und verbessert. Ein geeigneter Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) wurde ausgewählt, und sein Rotorwellendesign wurde für die additive Fertigung optimiert. Die Rotorwelle wurde aus H13 gefertigt und in einen vorgegebenen Stator eingebaut. Schließlich wurden die Motorcharakteristiken bestimmt.

Figure 2: Results of the motor characteristics investigations Bild vergrößern

Erreichte Ziele

Die vielversprechenden Ergebnisse der Motorcharakteristikbestimmungen zeigten, dass das Gewicht der Rotorwelle um 25,1% reduziert werden konnte. Dies führt zu einer Reduzierung des Trägheitsmoments um 23% und einer Reduzierung der Beschleunigungszeit um 23,2%. Die Untersuchungen wurden bei 71,98 Nm und 3000 U/min durchgeführt. Darüber hinaus konnte die Permeabilität des Materials H13 durch eine Wärmebehandlung verbessert werden. So konnte die Permeabilität von 32 auf 480 erhöht und die Koerzitivkraft von 5600 A/m auf 1300 A/m reduziert werden. Dies führte zu einem offensichtlich verbesserten weichmagnetischen Verhalten.

Partners

Das Projekt wurde von der Forschungsvereinigung Antriebstechnik (FVA) finanziert. Insbesondere war die Arbeitsgruppe "Geregelte Elektroantriebe" (GEA) mit ihren Industriemitgliedern wie Siemens, Wittenstein, Porsche, VW und Wilo beteiligt. Die wissenschaftlichen Partner waren die Lehrstühle IAL (Universität Hannover) und IAM (Karlsruher Institut für Technologie).