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ASuMED

Studierende der Fakultät Ingenieurswissenschaften arbeiten zusammen mit einem Dozenten an einem Versuchsaufbau.
Clean Tech Electronics and Electric Drives Intelligent Mobility Clean Tech Intelligent Sensors and Signals

Experimenteller Demonstrator für einen fortschrittlichen Supraleiter-Motor.

Kooperationspartner

Förderung

Horizon 2020

Hintergrund

Der Luftverkehr hat in den letzten Jahrzehnten erheblich zugenommen und wird weiter zunehmen. Gleichzeitig werden der Verbrauch fossiler Brennstoffe und die Emissionen steigen. Hybrid-elektrische verteilte Antriebe in zivilen Flugzeugen sind ein Versuch, den Treibstoffverbrauch und die Emissionen erheblich zu reduzieren. Mehrere Studien zeigen, dass supraleitende Lösungen notwendig sind, um die im Flightpath 2050 angestrebten Leistungsdichten und Wirkungsgrade zu erreichen, d. h. eine Reduzierung von CO2 um 75 %, von NOx und Partikeln um 90 % und von Lärm um 65 % im Vergleich zum Jahr 2000.

Derzeit gibt es keinen geeigneten supraleitenden Motor oder Prototyp, um den oben beschriebenen Antrieb in großen Flugzeugen zu realisieren.

Ziele

ASuMED wollte die Vorteile eines neuen vollständig supraleitenden Motors mit einer Leistungsdichte von 20 kW/kg aufzeigen.

Das Projekt beinhaltete:

  • Entwurf einer Motorentopologie
  • Entwicklung eines hochtemperatursupraleitenden (HTS) Stators mit einer elektrischen Belastung von >450kA/m
  • Entwicklung eines Rotors mit HTS-Stapeln, die wie Dauermagnete arbeiten und eine durchschnittliche magnetische Belastung von >2,5 T aufweisen
  • Integration eines Magnetisierungssystems in den Statorbereich
  • Realisierung eines leichten, hocheffizienten Kryostaten für den Motor in Kombination mit einem integrierten Tieftemperaturkühlsystem und einem zugehörigen Stromrichter.

Diese Technologien wurden in einem Prototyp mit etwa 1 MW Leistung bei 10.000 Umdrehungen pro Minute und einem thermischen Verlust <0,1 % demonstriert, wodurch die Skalierbarkeit auf höhere Leistungswerte nachgewiesen wird. Weitere neue aktive Kühlungskonzepte wurden untersucht und neuartige numerische Methoden für die 2D-Modellierung supraleitender Motoren auf der Ebene einzelner Windungen in den Wicklungen und für die 3D-Modellierung von Motorkomponenten entwickelt.

Darüber hinaus hat das Projektteam eine innovative modulare Umrichtertopologie mit verbessertem Ausfallschutz entworfen, um eine hochdynamische und robuste Regelung supraleitender Maschinen zu ermöglichen. Nach dem Bau des Motors wurden Untersuchungen durchgeführt, die die Vorteile der neuen Technologie bewerten und ihre Integration in Entwürfe für künftige Flugzeuge ermöglichen.

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