Geschaltete Reluktanzmaschinen für Staubsaugergebläse, 2003

Geschaltete Reluktanzmaschinen für Staubsaugergebläse, 2003

Electrical Drives
Elektrische Antriebe
ISEA has been investigating the use of SRM in vacuum cleaners in recent years. The designer of the drive has to take
into account customer satisfaction and demands for suction
power, noise emission, compactness and costs as well as current standards (electromagnetic compatibility, heat emission,
etc.). Switched Reluctance Machines are regarded as a lowcost and robust alternative to other brushless machine concepts due to their simple structure. Although SRM are known
to be inherently noisy, the development of various SRM proved that the noise of the SR-Drive in a vacuum cleaner can
be reduced to a level comparable to conventional universalmotors commonly used in this application. In a first design
step the maximum volume of the machine was used for
acoustic reasons. In a second step the weight of the machine
was reduced by 30 % by decreasing the active length of the
machine. Due to the resulting higher magnetic loading of the
material, power reserves were reduced. The figure illustrates
how the capability curve shifted closer to the nominal point.
Currently, the noise emission of the short version is being
investigated which tends to be only slightly higher than for
the long-version SRM.
Future work will cover the adaptation of the drive to meet
existing standards. After the maximum heat emission could
be reduced by electronic power control, the converter will be
re-designed to improve the power factor and meet electromagnetic compatibility (EMC) standards.
Kontakt
Contact
J. Fiedler, fi@isea.rwth-aachen.de,
02 41/80 969 70
Literatur
Publications
Higuchi, T.; Fiedler, J.O.; De Doncker, R.W.: On the Design
of a Single-Phase Switched Reluctance Motor, International Electric Machines and Drives Conference 2003
(IEMDC03), Madison, USA, 2003
Es wurden mehrere Geschaltete Reluktanzantriebe für
Staubsauger entworfen und aufgebaut, die ein gutes Geräuschverhalten zeigen. Die Antriebe werden zur Einhaltung geltender Normen entsprechend angepasst. Globale
Forschungsaktivitäten zeigen, dass die Zeit für eine Einführung der Reluktanzmaschine in Massenmärkte näher
rückt.
Bereits seit mehreren Jahren wird am ISEA der Einsatz von
Geschalteten Reluktanzmaschinen (GRM) für Haushaltsgeräte am Beispiel eines Staubsaugers erprobt. Beim Entwurf
Drehzahl/Drehmoment – Charakteristik der langen und kurzen Variante
der GRM
Torque/Speed Characteristic of Long and Short-Version SRM
der Antriebe gilt es dabei sowohl den Ansprüchen des Kunden nach Saugleistung, niedriger Geräuschemission, Kompaktheit und Preis als auch den geltenden Normen (z. B.
Erwärmung oder Netzrückwirkungen) gerecht zu werden.
Geschaltete Reluktanzantriebe bieten auf Grund ihres einfachen Aufbaus eine kostengünstige Alternative zu anderen
bürstenlosen Antrieben. Durch den Aufbau mehrerer GRM
konnte gezeigt werden, dass die Geräuschentwicklung der
als relativ laut bekannten GRM auf ein zum konventionellen
Universalmotor vergleichbares Niveau begrenzt werden
kann. Nachdem aus akustischen Gründen zunächst der
maximale Bauraum ausgenutzt wurde, wurde in einem weiteren Schritt das Gewicht des Antriebs durch Verkürzung der
aktiven Länge um 30 % reduziert. Dabei wurden durch die
damit verbundene erhöhte Belastung des aktiven Materials
vorhandene Leistungsreserven abgebaut: Dies ist in der Abbildung anhand der Verschiebung der Typengrenze zu erkennen. Gegenwärtig wird die Geräuschentwicklung der verkürzten Maschine untersucht, die nach ersten Ergebnissen
nur leicht über der der längeren Variante liegt.
In weiteren Schritten soll ein den geltenden Normen entsprechender Antrieb aufgebaut werden. Die Einhaltung der
zulässigen Ablufttemperatur wurde durch die Regelung des
Leistungsflusses gewährleistet. Im weiteren Projektverlauf
soll nun eine geeignete Baugruppe zur Verbesserung des
Leistungsfaktors und Einhaltung der Oberschwingungsnorm
in den vorhandenen Umrichter integriert werden.
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Research
Various Switched Reluctance Drives have been designed
and realized which produce low noise emission. The drives
are currently adapted to meet existing standards. Global
research activities indicate that the time has come to
introduce Switched Reluctance Machines (SRM) to massmarkets like household appliances.
Geschaltete Reluktanzmaschinen für Staubsaugergebläse
Forschung
Switched Reluctance Machines
for Vacuum Cleaners