Highspeed PM-Synchronmotor mit modularem SMC-Statorkonzept

Bei Highspeed-Antrieben kommen aufgrund ihrer hohen Drehmomentdichte wassergekühlte PM-Synchronmotoren zum Einsatz, als Einbaumotor sind sie integraler Bestandteil des Aggregates. Hohe Betriebsdrehzahlen sowie die verfügbare Leistungselektronik führen oft auf 2‑polige Motorauslegungen. Auch müssen Maßnahmen getroffen werden, um die Eisenverluste bei hohen Drehzahlen zu limitieren. Eine Alternative zu verlustarmen Elektroblechen ist der Einsatz von SMC-Materialien, die sich zudem für ein modulares Statordesign eignen. Für einen modularen Stator ist die Ausführung der Statorwicklung als Zahnspulenwicklung eine Grundvoraussetzung. Bei 2‑poligen Statoren scheiden die klassischen Bruchloch-Zahnspulenwicklungen leider aus, eine Lösung bietet die Einlochwicklung, die auch in eine Zahnspulenwicklung überführt werden kann. Das gewählte modulare Statordesign besteht aus einem SMC-Jochzylinder sowie einzelnen Zahnspulenelementen, in denen sich SMC-Zähne als Inlay befinden. Am Beispiel eines PM-Synchronmotors wird ein Funktionsmuster ausgelegt und für die experimentelle Erprobung angefertigt. Die Erprobung erfolgt im direkten Vergleich zu einem zweiten Funktionsmuster, das konventionell mit einem Statorblechpaket aus Elektroblech NO20 gefertigt ist. Die Erprobung bestätigt die Simulationsergebnisse und kann zeigen, dass Einloch-Zahnspulenwicklungen und SMC-Werkstoffe bei 2‑poligen Highspeed PM-Synchronmotoren vorteilhaft eingesetzt werden können und sich für ein modulares Statordesign eignen.