Industrieelektronik Motorintegrierte Leistungs- und Regelungselektronik

Die echte motorintegrierte statt angebaute Leistungselektronik hat erhebliche Vorteile für Herstellung und Anwendung. Der Beitrag beschreibt eine 5-Phasen-PMSM mit Vektorregelung im Projekt EMiLE.

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SPEA GmbH Systeme f. professionelle Elektronik und Automation

Kisling AG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Lenze SE

Künftig werden elektrische Antriebe mit ihrer in das Motorgehäuse integrierten Leistungs- und Regelungselektronik äußerlich nicht mehr von derzeit aktuellen Motoren zu unterscheiden sein. Per Steckverbinder wird der Antrieb an Energieversorgung und mittels Feldbus an die übergeordnete Steuerung angeschlossen.

Nach einer kurzen Projektierung erledigt der Antrieb dann über Jahre zuverlässig seine Aufgabe. So einfach sollen zukünftig die meisten dezentralen Antriebsfunktionen gelöst werden können. Um dieses Ziel zu erreichen wird bei Lenze an neuen Integrationskonzepten für elektrische Antriebe geforscht.

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Für den unteren Leistungsbereich liegt der Fokus dabei auf intelligenten, in den Klemmenkasten eingebauten oder in anderer Weise in das Motorgehäuse integrierten, Umrichtern. Die Antriebe werden dadurch ausgesprochen kompakt.

Für anspruchsvolle Servo-Applikationen, welche wegen der beschränkten Leistung nicht mit den heutigen Kompakt-Servoantrieben bedient werden können, arbeitet Lenze im Rahmen des vom BMBF geförderten Forschungsprojektes EMiLE an einem neuartigen, hochintegrierten Antrieb mit Einzelspulenbestromung.

Die größte Herausforderung zum hochintegrierten Antrieb

Die Entwärmung der Leistungshalbleiter ist die größte Herausforderung auf dem Weg zu einem kompakten und trotzdem leistungsstarken Antrieb mit einer in das Motorgehäuse integrierten Elektronik.

Hier hat sich gezeigt, dass die zulässige maximale Sperrschichttemperatur der Leistungshalbleiter eine weitere Steigerung der Leistungsdichte verhindert. Doch durch eine geschickte örtliche Verteilung der Leistungshalbleiter läst sie sich entscheidend reduzieren. Hierbei hilft ein neuartiges Integrationskonzept mit Einschub-Kühlkörpern.

Ein regelbarer Radiallüfter beschleunigt die Kühlluft, die über Luftleitbleche gleichmäßig auf die Kühlrippen des Einschub-Kühlkörpers geleitet wird.

Auf dessen Innenseite sind die Leistungshalbleitermodule durch Federelemente angepresst. So werden unnötige Wärmeübergangswiderstände und lange Wärmestrecken vermieden. Der Innenraum des Antriebs bleibt weiterhin gekapselt, was für industrielle Applikationen die notwendigen Schutzklassen garantiert.

Die Zentralplatine, auf der Steuerung und Regelung des Antriebs realisiert sind, ist im B-Lagerschild untergebracht, denn dort ist die Temperatur am geringsten.

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