Wie lässt sich die Rotortemperatur an einem Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) erfassen?

Bei modernen Elektroautos finden sich zwei Arten von Motoren: Asynchron- und Synchronmotoren. Synchronmotoren benötigen für den Rotor entweder Gleichspannung für eine stromdurchflossene, magnetisierende Spule und werden dann als fremd- bzw. stromerregt bezeichnet. Oder sie verfügen über einen Permanentmagneten im Rotor (permanent erregt). Für Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) ist es allerdings wichtig zu wissen, dass deren Belastbarkeit durch die Rotortemperatur begrenzt ist. Diese entsteht durch die im Betrieb auftretenden Ströme. wird die Curie-Temperatur der Magnete überschritten, geht die elektrische Polarisation verloren und es kommt infolgedessen zum Ausfall des Motors. Eine zu hohe Temperatur des Rotors führt daher zu potenziellen thermischen Sicherheitsproblemen des Systems,

Beim Einsatz von PMSM als E-Fahrzeug-Motoren ist entscheidend, die Entwicklung der Rotortemperatur vorhersagen zu können, um eine stabile Motorleistung zu erreichen und die Betriebssicherheit des Systems zu gewährleisten und zu verbessern. Dazu ist es notwendig den Energiefluss und die dadurch entstehende Temperaturentwicklung des Motors zu bestimmen, um daraus ein thermisches Modell des Stators und des Rotors erstellen zu können.

Eine Messlösung, um die Leistung eines PMSM zu verbessern und diesen thermisch sicher zu entwickeln, besteht in der Verwendung einer telemetrischen Messdatenerfassung, da am Prüfstand im Dauerlauftest am laufenden Rotor gemessen wird. imc bietet für die Datenerfassung an rotierenden Teilen die universelle Dx Telemetrie an. Es handelt sich dabei um eine besonders kompakte und leichte Mehrkanal-Telemetrie. Diese ist dank des universellen Sendemoduls flexibel einsetzbar und ermöglicht drahtlose Messungen mit unterschiedlicher Kanalzahl und Sensorbelegung. Sie bietet die Möglichkeit, bis zu vier Sender synchron mit einem Empfänger zu betreiben und erlaubt es, räumlich verteilte Messstellen simultan zu erfassen.

Die Thermoelemente befinden sich im Rotor, die Zuleitungen werden in dieser Messlösung durch die Hohlwelle zum Sender geführt. Der Sender wird über einen induktiven Ringstator versorgt, was einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht. Die Daten werden per Funk übertragen. Dieses Prüfsystem ist insgesamt sehr robust und für raue Bedingungen geeignet, es ist bis zu 20 000 rpm und einer Umgebungstemperatur von bis zu 110° C ausgelegt.

Autor: Rolf Spellmeyer, Business Development E-Mobility

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