Entwicklung von Hybridrotoren für Asynchronmaschinen

Im Projekt »UltraHybRo« befassen sich die Experten aus dem Bereich »Elektrische Antriebe« am Fraunhofer IFAM gemeinsam mit dem Projektpartner mth Ultraschalltechnologie GmbH & Co. KG mit der Entwicklung eines Fügeverfahrens zur Herstellung von Rotoren für Asynchronmaschinen. Damit verfolgen sie einen neuartigen Ansatz, um den Wirkungsgrad von Asynchronmaschinen über einen großen Betriebsbereich zu steigern. Dafür sind die Entwicklung eines neuen Konzepts zum Ultraschallschweißen sowie die Erforschung der Gestaltung und Dimensionierung von Hybridrotoren notwendig. Dadurch soll der Ultraschallschweißprozess zur Verbindung der Kurzschlussringe aus Aluminium und der Rotorstäbe aus Kupfer etabliert werden, um die kostengünstige, reproduzierbare Herstellung von Hybridrotoren zu ermöglichen. Dazu müssen die Hybridrotoren fertigungsgerecht ausgelegt und gestaltet werden, um die Vorteile des Verfahrens sowie die prinzipbedingten Vorteile des Hybridrotors im Serieneinsatz nutzbar zu machen. 

Die zunehmende Elektrifizierung in allen Bereichen der Industrie und der Mobilität sorgt für neue Herausforderungen bei der Erreichung der Entwicklungsziele und des Marktbedarfs von Asynchronmaschinen (ASM). Im Fokus stehen die Steigerung des Wirkungsgrads bei Verringerung des Bauraumbedarfs, die Senkung von Fertigungs-, Material- und Wartungskosten effizienter Motoren sowie die Erhöhung der Herstellungsqualität und der Prozesssicherheit zur Reduzierung von Ausschuss. Asynchronmaschinen mit Käfigläufern zeichnen sich durch ihre kostengünstige, ressourcenschonende und robuste Bauweise aus und sind deshalb in der industriellen Anwendung bereits weit verbreitet. Jedoch erreichen ASM im direkten Vergleich zu permanentmagneterregten Synchronmaschinen (PMSM) typischerweise etwas niedrigere Wirkungsgrade sowie eine geringere gravimetrische und volumetrische Drehmomentdichte. Um den Bedarf an hocheffizienten ASM zu decken, verfolgen die Partner im Projekt »UltraHybRo« den Ansatz des gebauten Hybridrotors als bessere Alternative sowohl für die klassische ASM als auch für die PMSM im Fahrzeugeinsatz sowie zur Erfüllung der gesetzlichen Wirkungsgradziele für Motoren (IE3 und IE4). Ziel ist die Entwicklung eines Fügeverfahrens zur Herstellung von Hybridrotoren für Asynchronmaschinen. Wobei die Kurzschussringe aus Aluminium und die Rotorstäbe aus Kupfer bestehen und mittels Ultraschallschweißen gefügt werden.

Das Projekt »UltraHybRo« wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen des Förderprogramms »Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)« gefördert (Fördernummer KK5031418EW1).

Nähere Informationen zum Bereich »Elektrische Antriebstechnik«