Alternative Antriebe

1. Hochschule Osnabrück University of Applied Sciences Alternative Antriebe Elektrische Maschinen Tim- Christian Feix / Tim Funke / Stefan Geers / Robert Peters

2. Inhalt Einleitung Vergleich Verbrennungs- / Elektromotor Genereller Aufbau Varianten des E-Motors Gleichstrommotor Synchronmotor Asynchronmotor Reluktanzmotor Linearmotor Peripherie in Fahrzeug Ausblick

3. Einleitung Definition Motoren, Generatoren: Für Wandlung von elektrischer in mechanische Energie Transformatoren: Für Umformung von elektrischer Energie Anwendung in verschiedensten Bereichen: Industrie (Gabelstapler) Verkehrswesen (Straßenbahn, Auto) Haushalt (Kleingeräte)

4. Vor- und Nachteile von elektrischen Maschinen • Vorteile: • Hohe Wirkungsgrade • Lokal Emissionsfrei • Geräuscharm • Hohe Lebensdauer • Kompakte Bauweise • Drehrichtung elektronisch steuerbar • Maximales Drehmoment aus Stillstand • Hohe max. Drehzahl • Einsatz als Generator möglich • Nachteile: • Energieversorgung • Anschaffungskosten • Gewicht • Witterungsabhängig

5. Vergleich Verbrennungs- / Elektromotor

6. Vergleich Verbrennungs- / Elektromotor

7. Einteilung von elektrischen Maschinen Elektrische Maschinen rotierende Maschinen stationäre Maschinen Linearmaschinen Gleichstrommotor Drehstrommotoren Transformator Asynchronmotor Synchronmotor Reluktanzmotor

8. Genereller Aufbau Stator Rotor Stator Rotor Stator Rotor

9. Varianten des E-Motors - Gleichstrommotors Hauptpol Joch Erregerwicklung Polschuh Bürsten Anker Ankerwicklung

10. Varianten des E-Motors - Gleichstrommotor Eigenschaften: Vorteile: Leichte Steuerung von Drehmoment und Drehzahl Ausgereifte Technik Hauptfluss Kraftrichtung Ankerfluss Nachteile: Aufwendig herzustellen Funktionsstörung durch Bürstenfeuer Verschleiß

11. Varianten des E-Motors - Drehstrommotor Synchronmotor Asynchronmotor Reluktanzmotor

12. Varianten des E-Motors - Synchronmotor Permanentmagnet oder Spule als Rotor Rotor dreht synchron zum Drehfeld Vorteile: Exakte Steuerung der Drehzahl Nachteile: Aufwendig herzustellen Relativ hohe Masse Anwendung als Parallelhybrid

13. Varianten des E-Motors - Asynchronmotor Rotor, bestehend aus Käfig mit Stangen parallel zur Drehachse • Magnetfeld der Wicklung induziert Spannung in kurzgeschlossenem Käfig • Rotor dreht asynchron zum Drehfeld • -> Schlupf entsteht

14. Varianten des E-Motors - Asynchronmotor Vorteile: Langlebig und robust Laufruhig Günstige Herstellung Wartungsfrei Zunahme des Schlupfs mit steigendem Drehmoment Drehzahlregulierung/-messung erforderlich Können bis zum 2,5 fachen des Nennmoments belastet werden Anwendung als serieller Hybrid Kippmoment Schlupf Drehmoment • Nachteile: • Erfassung/ Steuerung der Drehzahl erforderlich • Schlechter Wirkungsgrad bei zu hohem Drehmoment Drehzahl Nennmoment

15. Varianten des E-Motors - Reluktanzmotor Rotor dreht im Anlauf asynchron Mit zunehmender Magnetisierung der Zähne stellt sich Synchronität ein -> Dauerbetrieb: Synchronmotor Vorteile: Günstige Herstellung Wartungsfreiheit Laufruhe Nachteile: Geringer Wirkungsgrad Kleiner Leistungsfaktor Anwendung für mittelgroße Antriebe (100 - 300mm)

16. Varianten des E-Motors - Linearmotor Motor wird abgewickelt es entsteht ein lineares Antriebssystem Drehfeld wird zu Wanderfeld Wanderfeld im Stator zieht Rotor mit

17. Peripherie im Elektrofahrzeug (Brennstoffzellenfahrzeug)

18. Peripherie im Elektrofahrzeug Frequenzumrichter unabdingbar bei Wechsel- und Drehstrommotoren Regeln/Steuern der Frequenz und Spannung hohes Losbrechmoment, sanftes Anfahren Reduzierung der Leistungsabgabe des Motors Umkehrung des Stroms für Rückwärtsgang

19. Peripherie im Elektrofahrzeug Akkumulator „Akku“ / „Batterie“ Lithium-Ionen-Traktionsbatterie hohe Energiedichte (bis 150Wh/kg) Geringe Selbstentladung (2% pro Monat) Geeignet für tiefe Temp. (bis -50+°C) Keine Tief-Endladung Brandgefahr bei Beschädigung

20. Ausblick Entwicklungspotential Akku (Gewicht, Ladezyklen, Energiedichte) Leistungselektronik Gewicht des Fahrzeugs Aerodynamik des Fahrzeugs

21. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!