HBM liefert Testergebnisse in Echtzeit - für neuen supereffizienten Motor

Forscher der japanischen Institute NEDO und MagHEM entwickeln zurzeit einen supereffizienten Motor mit 40 % (*) weniger Energieverlust. Zur Weiterentwicklung wird das eDrive-Testing-System von HBM für Motorwirkungsgrad-Prüfungen eingesetzt – aus gutem Grund.

Das japanische Institut New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) gehört zu den weltweit führenden öffentlichen Forschungseinrichtungen, die sich der Entwicklung neuer Energien widmen. In einem neuen Forschungsprojekt arbeiten Forscher des NEDO zusammen mit „MagHEM“ (wo innovative Magnetwerkstoffe entwickelt werden) an einem „Super“motor – dank neuer magnetischer Materialien mit 40 % geringerem Energieverlust und höherer Leistungsdichte als herkömmliche Elektromotoren.

Es gibt viele Anwendungsfelder für derartig effiziente Motoren wie beispielsweise Haushaltsgeräte, Industriemaschinen und Autos, um nur einige zu nennen.

Das Problem

Forscher der Institute NEDO und MagHEM (Japan) entwickeln zurzeit einen magnetischen Motor mit 40 % weniger Energieverlust. Frühere Systeme für Wirkungsgradprüfungen waren nicht in der Lage, synchronisierte Daten in Echtzeit zu liefern – eine wichtige Voraussetzung für die Weiterentwicklung des Motors.

Die Lösung

Mit dem eDrive-Testing-System von HBM, inklusive des dynamischen Power Analyzers GEN7tA stehen die Messwerte und Berechnungen innerhalb von Sekunden zur Verfügung.


Das Ergebnis

Phase 1 der Motorentwicklung ist bereits abgeschlossen – u.a. dank aussagekräftiger Messergebnisse. Nun ist es Zeit für Phase 2, die für eine weitere Miniaturisierung des Motors sorgen soll.

40 % weniger Energieverlust: Genesis HighSpeed von HBM im Einsatz in Japan zur Prüfung des supereffizienten Motors von NEDO

Im Prüfstand von NEDO/MagHEM für den neuen supereffizienten Motor mit Magnetlagern wird das eDrive-Testing-System von HBM mit dem hochdynamischen Power Analyzer GEN7tA für die elektrische Wirkungsgradmessung eingesetzt. In herkömmlichen Systemen stellte die synchrone Messung ein Problem dar, da diese, je nach Messparametern, über einen Drehmomentmesser, ein Leistungsmessgerät und mehrere Messgeräte erfolgte. Die Synchronisation der Messungen aller Messparameter durch Einführung des eDrive-Systems GEN7tA macht das Messen wesentlich einfacher. Darüber hinaus ermöglicht die Echtzeitberechnung eine gleichzeitige Beobachtung von gemessenen Kurvenformen beispielsweise für magnetischen Fluss und Drehmoment sowie von berechneten Kurvenformen beispielsweise für Eisenverluste, was die Prüfungen deutlich effizienter macht.

Da zum Ermitteln der Eisenverluste Daten im Schaltfrequenzbereich des Inverters erforderlich sind, muss mit hoher Geschwindigkeit abgetastet werden. Herkömmliche Leistungsmessgeräte haben jedoch eine verhältnismäßig niedrige Messrate, daher war ein Erfassen des Phänomens in Bereichen mit relativ hoher Drehzahl zur Untersuchung von mit Pendelmoment oder Schaltfrequenz zusammenhängenden Fragen unmöglich. Das eDrive-Testing-System von HBM ist das einzige System, das das Messen von Spannungs- und Stromsignalen mit einer hohen Messrate von 2 MS/s und die Leistungsberechnung pro Halbwelle ermöglicht. (Da jedoch die Maximaldrehzahl des Motors 20.000 min-1 ist und die Schaltfrequenz 20 kHz beträgt, sind weitere Messungen mit hoher Geschwindigkeit für Messungen an Komponenten mit hoher Frequenz erforderlich.)

Mit einem herkömmlichen Leistungsmessgerät war lediglich eine auf den gemittelten Berechnungsergebnissen basierende Analyse möglich. Da eDrive von HBM jedoch alle Rohdaten (Momentanwerte) mit hoher Geschwindigkeit verarbeitet, haben sich Geschwindigkeit und Genauigkeit der Auswertung deutlich verbessert.  Eine hohe Spannung von 600 V kann mit der Genesis HighSpeed-1000-V-Eingangskarte direkt gemessen werden. Zudem bietet dies mehr Komfort; ein Umschalten zwischen der Zeitachsenanzeige und der FFT- Anzeige ist nicht nötig, weshalb die Forscher die Ausgabe auf demselben Bildschirm überprüfen können.

 

(*) Die Forscher von NEDO/MagHEM konzentrieren sich nun auf die Entwicklung neuer Hochleistungsmagnete, um zusammen mit den Ergebnissen der Entwicklung weicher magnetischer Werkstoffe und Motor-Bewertungstechnologien der ersten Phase dem Ziel der Entwicklung von Magnetwerkstoffen näherzukommen, die den Energieverlust im Vergleich zu herkömmlichen Elektromotoren reduzieren und die Leistungsdichte um 40 % erhöhen können. Die konkreten Entwicklungsziele jeder Forschungs- und Entwicklungsposition entsprechen dem Forschungs- und Entwicklungsplan auf dem gesonderten Blatt.

Abb. 1: Hochgenaue Auswertung der Motorverluste im Überblick. Messstellen des Auswertungssystems und Messstellen der HBM-Produkte
Abb. 2: Außenansicht des für die hochgenaue Auswertung der Motorverluste eingesetzten Geräts
Abb. 3: Neu entwickeltes Magnetlager

NEDO

Das japanische Institut New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) bringt die Bestrebungen von Industrie, Regierung und Wissenschaft miteinander in Verbindung und verhilft internationalen Forschungsnetzwerken zum Durchbruch. Sein Engagement soll einen Beitrag zur Lösung von Energie- und globalen Umweltproblemen leisten und die Wettbewerbsfähigkeit der japanischen Industrie weiter zu stärken.

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