Effiziente elektrische Flugmotoren mit hohem Drehmoment

Außenläufermotor Q-150 der Firma Hacker Motor GmbH

Projektbeschreibung

Innerhalb der letzten Jahre ist der Bestand an privaten und kommerziellen Drohnen enorm angestiegen, was die Entwicklung und Erweiterung der Einsatzgebiete von elektrisierten Luftfahrzeugen antreibt. Damit steigen die technischen Anforderungen an deren Antriebsmotoren hinsichtlich Effizienz, Lautstärke und Drehmomentdichte. Aus diesem Grund beschäftigt sich das ZIM-Forschungsprojekt HighTorqCraft mit der Entwicklung eines langsam drehenden, effizienten und drehmomentstarken Außenläufermotors für (un)bemannte Luftfahrzeuge. Für die Akzeptanz von kommerziellen Drohnen in urbanen Gebieten ist die emittierte Lautstärke der Propellerantriebe von Bedeutung, die mit der Antriebsdrehzahl ansteigt. Deshalb ist als Ziel des Forschungsprojekts ein langsam drehender Antrieb mit einer Nenndrehzahl von weniger als 2000 rpm gefordert. Als Ausgangssituation wird der Außenläufermotor Q-150 des Kooperationspartners Hacker Motor GmbH verwendet.nnerhalb der letzten Jahre ist der Bestand an privaten und kommerziellen Drohnen enorm angestiegen, was die Entwicklung und Erweiterung der Einsatzgebiete von elektrisierten Luftfahrzeugen antreibt. Damit steigen die technischen Anforderungen an deren Antriebsmotoren hinsichtlich Effizienz, Lautstärke und Drehmomentdichte. Aus diesem Grund beschäftigt sich das ZIM-Forschungsprojekt HighTorqCraft mit der Entwicklung eines langsam drehenden, effizienten und drehmomentstarken Außenläufermotors für (un)bemannte Luftfahrzeuge. Für die Akzeptanz von kommerziellen Drohnen in urbanen Gebieten ist die emittierte Lautstärke der Propellerantriebe von Bedeutung, die mit der Antriebsdrehzahl ansteigt. Deshalb ist als Ziel des Forschungsprojekts ein langsam drehender Antrieb mit einer Nenndrehzahl von weniger als 2000 rpm gefordert. Als Ausgangssituation wird der Außenläufermotor Q-150 des Kooperationspartners Hacker Motor GmbH verwendet. 

Methoden

 Zur Effizienzsteigerung wird die Implementierung einer kombinierten Wicklung untersucht, um Stromwärme- und Oberwellenverluste zu reduzieren. Oberwellen werden ebenfalls gezielt mithilfe von PoleShaping, also der Veränderung der Rotoroberflächenkontur, unterdrückt. Die Steigerung der Drehmomentdichte erfolgt unter der Betrachtung verschiedener Magnet-Anordnungen im Rotor. Mit innenliegenden Magneten und Flussbarrieren kann ein Reluktanzeffekt erzeugt werden, der die Ausnutzung eines zusätzlichen Drehmomentanteils ermöglicht. Damit kann die Drehmomentdichte des Motors gesteigert werden.  Zusätzlich wird das Kühlungssystem optimiert und die Verwendung von verschiedenen weichmagnetischen Werkstoffen und Fertigungseinflüssen untersucht, um den optimierten Antriebsmotor zu realisieren.

Zur Umsetzung dieser Ziele wird das institutseigene Motorberechnungsprogramm MatMax für Außenläufermotoren mit innenliegenden Magneten und kombinierte Wicklungen erweitert. Mit dem Einsatz von numerischen Optimierungsalgorithmen können die Performance, Effizienz und Drehmomentdichte verbessert werden. 

Projektpartner