Magnetische Materialien für Elektromotoren

Der Betrieb und die Effizienz von Elektromotoren für Flugzeuge sind eng verknüpft mit der Leistung der bei deren Bau verwendeten magnetischen Materialien. Ein neues Test Set-up bietet nun die Möglichkeit sicherzustellen, dass sich die Materialien wie erwartet verhalten.

Industrielle Technologien

Bis heute werden magnetische Materialien auf Basis von Daten spezifiziert und gehandelt, die mit in internationalen Normen beschriebenen Messtechniken gesammelt werden. Unter IEC 60404 (International Electrotechnical Commission) werden die magnetischen Eigenschaften nur für sinus-induzierte Spannungen und spezifische Werte der Magnetisierungspolarisation und -frequenz bestimmt. Die Betriebsbedingungen, die in Elektromotoren mit hoher Leistungsdichte für Flugzeuge vorherrschen, sind jedoch bei weitem nicht ideal, weshalb die verfügbaren Daten unzureichend sind. EU-finanzierte Forscher haben sich vor Kurzem der Herausforderung angenommen, sowohl weiche als auch harte magnetische Materialien unter realen elektromagnetischen und mechanischen Bedingungen zu charakterisieren. Im Rahmen des Projekts EMMPC (Electrical machine magnetic properties characterisation setup for aerospace application) entwickelten die Forscher einen Testaufbau mit hoher Wiedergabetreue, um Leistungsverluste zu messen, wenn Materialien mit Spannungsverläufen in verschiedenen Formen angeregt werden. Die magnetischen Eigenschaften können auch bei wechselnder Temperatur und aufgebrachter Spannung überwacht werden. Die zentrale Messeinheit ist das Ergebnis der Kombination eines 1D- und 2D-Systems, mit der die neun verschiedenen Sensorsysteme verbunden sind. Von denen eignen sich zwei neue Epstein-Rahmen für Verlustleistungstests mit hohen Frequenzen und magnetischen Flussdichten. Ein Tester mit einem Stahlband misst Magnetostriktion und Eisenverlust unter Spannung. Darüber hinaus kann das neue Test-Set-up verschiedene Arten von Materialien charakterisieren, unter anderem Feststoffe und Laminate sowie kornorientierte und nicht-kornorientierte Elektrostähle. Neben seiner Fähigkeit, zwischen alternierenden und Rotationsflussverlusten zu unterscheiden, kann es das Verhältnis der Flussdichte zur magnetischen Feldstärke bestimmen, da diese mit der Flussdichte, also der Sättigung, variiert. Für Europa ist das EMMPC-Set-up, das eine Vielzahl von Messungen an magnetischen Materialien ermöglicht, ein Novum. Als solches ebnet es den Weg für ein detaillierteres und tieferes Verständnis der verschiedenen Verluste, die in Materialien von elektrischen Flugzeugmotoren auftreten, was für zukünftige Effizienzsteigerungen unerlässlich ist. Mit den unter den erwarteten Betriebsbedingungen gesammelten Daten können bessere analytische (oder semi-analytische) Elektromotor-Modelle entwickelt werden, um diese effizienter zu machen.

Schlüsselbegriffe

Magnetische Materialien, elektrische Motoren, Flugzeug, Test-Set-up, IEC 60404, EMMPC

Electrical Machine Magnetic Properties Characterisation Setup for Aerospace Application

Magnetische Materialien für Elektromotoren

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