Hochintegrierter Elektronikmotor mit rotierender Antriebselektronik (itsowl-HERA)

Problemstellung
Die meisten Produktionsmaschinen in der Automobilfertigung werden über Drehstrom-Elektromotoren angetrieben, die Strom in mechanische Energie umwandeln. Veränderbare Produktionsgeschwindigkeiten, wie sie z. B. in Produktionsstraßen der Automobilindustrie benötigt werden, erfordern den Einsatz von sogenannten Umrichtern, die zwischen Motor und Stromnetz geschaltet werden und eine Drehzahlverstellung ermöglichen. Der Einsatz von zurzeit verfügbaren Umrichtern führt zu Spannungsverzerrungen im Stromnetz, die zu Störungen weiterer angeschlossener Geräte führen können. Darüber hinaus erfordert der auf den Motor montierte Umrichter zusätzlichen Bauraum. Zudem lässt sich die beim Abbremsen der Maschine frei werdende Energie nicht in das Stromnetz zurückspeisen. Diese Aspekte reduzieren die Effizienz der Produktionsmaschine und erhöhen den Energieverbrauch.

Projektziele
Ziel des Forschungsprojekts itsOWL-HERA ist die Entwicklung einer intelligenten Lösung für einen innovativen Drehstrom-Elektromotor, der kompakt, energieeffizient und störarm ist. Die Innovation liegt in der Umkehr des klassischen Aufbaukonzeptes: Der Umrichter wird nicht mehr außen, zwischen Stromnetz und Motor, sondern innen, auf dem drehenden Teil des Motors platziert. Der Motor selbst wird dann direkt an das Netz angeschlossen.

Vorgehensweise
Dazu werden zuerst die Anforderungen an Motoren für Produktionsmaschinen analysiert, wie sie z. B. in einer Automobilfertigung eingesetzt werden. Auf dieser Basis wird abgeleitet, wie und wo der Umrichter platzsparend in dem drehenden Teil des Motors integriert werden kann. Darüber hinaus wird die Motorregelung im integrierten Umrichter mit Hilfe einer Simulation entworfen und so ausgeführt, dass Energie ins Stromnetz zurückgespeist werden kann. Anschließend werden berührungslose Kommunikations-Methoden entwickelt, die einen Kontakt des drehenden Umrichters, der jetzt nicht mehr durch Kabel und Leitungen mit der Maschinensteuerung verbunden ist, nach außen ermöglichen. In dem Projekt wird auf Ergebnisse der Querschnittsprojekte „Selbstoptimierung“, „Intelligente Vernetzung“, „Energieeffizienz“ und „Systems Engineering“ zurückgegriffen. Der Motor wird anhand eines Demonstrators erprobt und anschließend für Produktionsmaschinen verfügbar gemacht.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Durch das Projekt können Elektromotoren zukünftig eigenständig ihre Drehzahl an den individuellen Bedarf von Produktionsmaschinen anpassen. Störungen im Stromnetz entfallen, frei werdende Energie kann ins Stromnetz zurückgespeist werden. Darüber hinaus wird die Baugröße des Motors reduziert. Insgesamt wird erwartet, die Energieeffizienz gegenüber vergleichbaren Antrieben um mehr als 10 v. H. zu steigern. Die Ergebnisse können auf weitere Anwendungen übertragen werden, wie z. B. auf Nebenaggregate von Nutzfahrzeugen, Antriebe für Postverteilzentren und Getränkeabfüllmaschinen.

• Lenze SE
• Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe