Vergleicht man die unterschiedlichen Hybridantriebe oder Brennstoffzellen-Fahrzeuge hinsichtlich der Art der E-Maschine, so kann man feststellen, dass die Permanentmagnet Synchronmaschine (kurz PMSM) die am weitesten verbreitete Variante ist. Eine sehr hohe Leistungsdichte, verbunden mit einem sehr hohen Wirkungsgrad und die gute Regelbarbeit dieses E-Maschinentyps sind die Hauptvorteile der Synchronmaschine.
Wie der Name dieses Maschinentyps verrät, wird die Synchronmaschine mit einer synchronen Drehzahl von Rotor und Statorfrequenz betrieben. Die elektrische Statorfrequenz ist in Abhängigkeit der Polpaarzahl gleich (für den Fall: Polpaarzahl=1) , bzw. um die Polpaarzahl höher (für den Fall: Polpaarzahl>1) als die mechanischer Rotorfrequenz.
Anhand des geometrischen Aufbaus der Permanetmagnet Synchronmaschine können mehrere Bauformen wiefolgt unterschieden werden:
- Innenläufer Synchronmaschine mit Oberflächenmagneten
- Innenläufer Synchronmaschine mit vergrabenen Magneten
- Aussenläufer Synchronmaschine mit Oberflächenmagneten
- Aussenläufer Synchronmaschine mit vergrabenen Magneten
Die Kupferwicklungen des Stators können als verteilte Wicklungen oder auch als Einzelzahnwicklungen ausgeführt werden und so je nach Stückzahl bzw. Produktionsvolumen kostengünstig produziert werden.
Quelle: BOSCH
Als feldbildende Komponente werden Permanentmagnete eingesetzt, die am Rotor angebracht werden. Je nach Bauart des Rotors kann man zwischen Oberflächenmagneten und vergrabenen Magneten unterscheiden. Vor allem Seltenerd Materialien wie Neodym-Eisen-Bor (englisch Neodym-Ferrit-Bor kurz NeFeB) oder Samarium-Kobalt (kurz SmCo) eigenen sich aufgrund hoher Remanenz und Koerzitivfeldstärke Werte ausgezeichnet für einen kompakten Rotor. Entsprechend dem Einsatzort kann der Rotor als Innenläufer oder als Aussenläufer aufgebaut werden, d.h. der rotierende Teil der Maschine läuft entweder innerhalb des gehäusefesten Stators oder ausserhalb. Im Automotive-Bereich werden unterschiedliche Drehzahlbereiche genutzt. Man unterscheidet letztlich drei Arten von Drehzahlbereichen:
- Langsam laufende E-Maschinen (wie Radnabenantriebe) haben einen Drehzahlbereich von 0 - 2.500 1/min
- Normal laufende E-Maschinen (typischerweise E-Maschinen, die direkt mit der Kurbelwelle verbunden werden können und daher den gleichen Drehzahlbereich abdecken wie der Verbrennungsmotor: Drehzahlbereich 0 - 7.000 1/min
- Schnell laufende E-Maschinen haben einen Drehzahlbereich von typischerweise 0 - 18.000 1/min. Je nach Bauart können auch deutlich höhere maximale Drehzahlen erreicht werden.
Quelle: Volkswagen
Der typische Arbeitsbereich mit einem schematischen Wirkungsgradkennfeld der permanenterregten Synchronmaschine kann ist auf folgender Seite dargestellt: Wirkungsgradkennfeld der Synchronmaschine.
Alternativ wird dieser Maschinentyp auch gerne permaneterregete Synchronmaschine genannt.
Die Sychnronmaschine kann auch einen Rotor mit elektrischer Erregung nutzen. Eine detaiilierte Beschreibung ist hier zu finden:
