Die Herausforderung
Bei der Entwicklung elektromagnetischer Maschinen wird versucht, die ohmschen Verluste im Leiter möglichst gering zu halten. Bei grossen Transformatoren wird das Layout des Bleches so gewählt, dass die Wicklung möglichst kreisförmig ist, d.h. toroidal. Das entspricht der idealen Lösung des Isoperimetrischen Problems. Bei Elektromotoren hingegen – wenn die Drehmomentberechnung auf Basis des Prinzips der Lorenzkraft erfolgt – verläuft ein Leiter orthogonal zur Feld- und zur Bewegungsrichtung. Dadurch werden geometrische Optimierungsmöglichkeiten im Design, die durch den Einsatz von Ferromagnetika möglich wären, nicht genutzt.
Das Projekt
Auch bei rotierenden Maschinen bietet der Isoperimetrische Ansatz einen Mehrwert. Durch die Nutzung weichmagnetischer Pulververbundwerkstoffe (SMC) ist ein toroidaler Querschnitt des Stators möglich. Um dies zu zeigen, hat BOMATEC ein Technologiemuster entwickelt: eine ringförmig bewickelte Radialflussmaschine, auf Basis des Isoperimetrischen Prinzips.
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Die Lösung
Erst durch die Nutzung weichmagnetischer Pulververbundwerkstoffen (SMC) ist die ringförmige Geometrie des bewickelten Stators möglich. Mit SMC kann der magnetische Fluss in drei Dimensionen geführt werden, ohne dass es zur Ausbildung starker Wirbelstromverluste kommt.
Der Erfolg
Statt einer orthogonalen Wicklung ist eine toroidale Wicklung möglich – mit erheblich reduziertem Fertigungsaufwand, deutlich reduzierten ohmschen Verlusten im Leiter. Durch die BOMATEC Snakeline-Technologie kann eine zusätzliche Reduktion der Wirbelstromverluste in Permanentmagneten erreicht werden.
Reduzierter Fertigungsaufwand
Reduzierte Rotorverluste