Je nach Art des zu entwickelnden Systems und der zugrunde liegenden Betriebsumgebung kann das Motorgewicht einen großen Einfluss auf die Gesamtkosten und den Betriebswert des Systems haben. Die Reduzierung des Motorgewichts kann auf verschiedene Weise angegangen werden, beispielsweise durch einheitliches Motordesign, effiziente Komponentenproduktion und Materialauswahl.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig, alle Aspekte der Elektromotorenentwicklung zu verbessern: vom Design bis zur effizienten Produktion der Komponenten unter Einsatz optimierter Materialien, dem Einsatz von Leichtbaumaterialien und neuartiger Fertigungsverfahren.

Im Allgemeinen hängt die Effizienz eines Motors von der Art, Größe und Nutzung des Motors sowie von der Qualität und Menge der verwendeten Materialien ab. Aus all diesen Aspekten ergibt sich daher die Notwendigkeit, Elektromotoren mit energie- und kosteneffizienten Komponenten zu entwickeln.

Ein Motor ist ein elektromechanisches Energieumwandlungsgerät, das elektrische Energie in mechanische Energie in Form einer linearen oder rotierenden Bewegung umwandelt. Das Funktionsprinzip eines Motors hängt hauptsächlich von der Wechselwirkung magnetischer und elektrischer Felder ab.

Zum Vergleich von Motoren sind zahlreiche Parameter relevant: Drehmoment, Leistungsdichte, Konstruktion, Funktionsprinzip, Verlustfaktor, Dynamik und Wirkungsgrad, wobei letzterer der wichtigste ist.

Die Gründe für eine niedrige Motoreffizienz sind hauptsächlich auf die folgenden Faktoren zurückzuführen: falsche Dimensionierung, elektrische Ineffizienz des verwendeten Motors, mechanische Ineffizienz beim Endverbraucher (Pumpen, Lüfter, Kompressoren usw.), fehlendes Drehzahlregelsystem und mangelhafte oder nicht vorhandene Wartung.

Um die Energieleistung eines Motors zu maximieren, müssen Verluste aus verschiedenen Energieumwandlungen während des Betriebs des Motors minimiert werden. Tatsächlich wird in einem Elektromotor Energie von elektrischer in elektromagnetische und dann in mechanische Energie umgewandelt.

Ein Motor mit erhöhtem Wirkungsgrad unterscheidet sich von einem herkömmlichen Motor, da die Verluste minimiert werden. Tatsächlich werden die Verluste bei herkömmlichen Motoren hauptsächlich durch Folgendes verursacht: Mechanische Verluste aufgrund von Reibungs- und Luftverlusten (Lager, Bürsten und Belüftung), Verluste im Vakuumeisen (proportional zum Quadrat der Spannung), Verluste aufgrund von Hysterese der verteilten Energie im Zusammenhang mit Änderungen der Strömungsrichtung und aufgrund der Zirkulation innerhalb des Kerns, Verluste aufgrund von Wirbelströmen aufgrund von Stromänderungen und Strömungsverluste aufgrund des Joule-Effekts (proportional zum Quadrat des Stroms).

1. Richtiges Design

Die Entwicklung eines möglichst effizienten Motors ist ein zentraler Aspekt der Gewichtsreduzierung. Da die meisten Motoren für den breiten Einsatz konzipiert sind, ist der richtige Motor für eine bestimmte Anwendung häufig größer als eigentlich nötig.

Um diese Herausforderung zu meistern, ist es wichtig, nach Motorenherstellern zu suchen, die bereit sind, halbkundenspezifische Änderungen vorzunehmen, von Motorwicklungen und Magneten bis hin zur Rahmengröße. Um sicherzustellen, dass die richtige Wicklung vorhanden ist, muss der Motor so dimensioniert sein, dass das genaue Drehmoment und die genaue Drehzahl, die die Anwendung erfordert, aufrechterhalten werden können.

Neben der Feinabstimmung der Wicklungen können Hersteller auch das magnetische Design des Motors anhand von Änderungen der magnetischen Permeabilität ändern. Die richtige Platzierung von Seltenerdmagneten zwischen Rotor und Stator kann dazu beitragen, das Gesamtdrehmoment des Motors zu erhöhen.

2. Neuer Herstellungsprozess

Die Hersteller können ihre Anlagen kontinuierlich modernisieren und so Motorkomponenten mit höheren Toleranzen herstellen. So können dicke Wände und dichte Bereiche, die früher als Sicherheitsmargen gegen Brüche dienten, entfallen.

Da jede Komponente neu konstruiert und mithilfe der neuesten Technologie hergestellt wird, können an mehreren Stellen, an denen magnetische Komponenten verbaut sind, Gewichtseinsparungen erzielt werden, darunter bei Isolierung und Beschichtung, Rahmen und Motorwelle.

3. Materialauswahl

Die Materialauswahl wirkt sich insgesamt auf den Betrieb, die Effizienz und das Gewicht des Motors aus. Deshalb verwenden so viele Hersteller, um das offensichtlichste Beispiel zu nennen, Aluminiumrahmen anstelle von Edelstahl.

Die Hersteller experimentieren weiterhin mit Materialien mit elektromagnetischen und isolierenden Eigenschaften und verwenden eine Vielzahl von Verbundwerkstoffen sowie leichtere Metalle, die leichte Alternativen zu Stahlkomponenten bieten.

Für die Montage stehen verschiedene verstärkte Kunststoffe, Polymere und Harze zur Verfügung, je nach den spezifischen Anforderungen des Benutzers an den Endmotor. Da die Motordesigner weiterhin mit alternativen Komponenten experimentieren und diese erforschen, darunter weniger dichte Beschichtungen und Harze für Dichtungszwecke, hauchen sie dem Produktionsprozess neues Leben ein, was sich oft auf das Gewicht des Motors auswirkt.

Darüber hinaus bieten Hersteller rahmenlose Motoren an, die den Einfluss des Rahmens auf das Gewicht des Motors vollständig eliminieren.

Fazit

Technologien, bei denen Leichtbaumaterialien, neue Herstellungsverfahren und magnetische Materialien zum Einsatz kommen, um das Motorgewicht zu reduzieren und die Motoreffizienz zu verbessern.

Elektromotoren, insbesondere in Automobilanwendungen, stellen eine zunehmend zukunftsweisende Technologie dar. Auch wenn es noch ein langer Weg ist, ist zu hoffen, dass sich diese Technologie zunehmend etabliert, da effizienzsteigernde Elektromotoren Probleme im Zusammenhang mit Energieeinsparungen lösen können.