Einem Forschungsteam der TU Graz ist es gelungen, Kleinstelektromotoren durch innovatives Design, veränderte Regelungstechnik und Einsatz neuer Herstellungstechniken effizienter, leiser und leichter zu machen.
Größere Klauenpolmotoren kommen z.B. in Lichtanlagen von Fahrzeugen zum Einsatz. Ihr Einsatz als Kleinantrieb ist weniger bekannt.
Erstens haben die Forschenden die Rastmomente dieser Kleinantriebe durch Schrägen und Nuten der Klauen reduziert, was mit keinen zusätzlichen Kosten verbunden ist. Das kurzzeitige Einrasten der Klauen beim Drehen des Motors und damit ungewollte Vibrationen werden auf diese Weise verringert. „So konnten wir eine wichtige Geräuschquelle um 70 Prozent reduzieren. Damit laufen die Antriebe deutlich ruhiger und viel leiser“, sagt Annette Mütze, die das Forscherteam leitete.
Zweitens gelangen Effizienzgewinne durch eine vereinfachte Regelung des Stromflusses. Üblicherweise regelt die Pulsweitenmodulation den Strom, mit dem der Motor eines Lüfters oder einer Pumpe gespeist wird. Damit der Strom in gewünschter Weise mit einem rechteckförmigen Verlauf fließt, bedarf es einer Vielzahl von Schaltvorgängen, was jedoch Effizienzverluste mit sich bringt. „Unsere Antriebe schalten wir pro gewünschtem Rechteck nur einmal ein und wieder aus“, sagt Annette Mütze. „Dadurch konnten wir den zusätzlichen Energieverbrauch durch die Schaltverluste enorm reduzieren.“ Insbesondere bei niedrigen Strömen haben diese Antriebe daher einen viel besseren Gesamtwirkungsgrad als solche, die über herkömmliche Pulsweitenmodulation gesteuert werden. Aufgrund der drastisch reduzierten Zahl von Schaltungen kommen die Platinen der Motoren zudem mit halb so vielen Kondensatoren aus, was die Kosten senkt.
Drittens haben die Forschenden PCB-Motoren mit 3D-gedruckten Ferritkernen realisiert und dadurch die Führung des magnetischen Flusses in den Motoren verbessert. Dies war die Voraussetzung für den Einsatz kostengünstigerer Magnete, die ebenfalls auf Ferrit basieren. (jr)
