4.3 Aufbau und Eigenschaften von Innenläufern

Bei der im VW e-up! verbauten Drehfeldmaschine handelt es sich um einen Innenläufer, d.h., der Rotor mit den Permanentmagneten befindet sich innerhalb des Stators.

Der Stator wird üblicherweise 3-phasig ausgeführt, damit er von einem Inverter in B6-Brückenschaltung (6 Transistoren) angesteuert werden kann.

Der einfachste Aufbau des Innenläufers besitzt somit einen Stator mit 3 Spulen und einen Rotor mit 2 Magnetpolen bzw. einem Magnet-Polpaar. Er lässt sich mit dem Kürzel 3S2P bezeichnen (Abb.1). Die Stator-Spulen können im Stern (Y3S2P) oder im Dreieck (Δ3S2P) verschaltet werden.

Um größere Drehmomente im Motorbetrieb zu erzeugen, wird die Maschine mit einem größeren Durchmesser ausgeführt. Der Stator wird dann mit einer größeren Anzahl von Spulen (Stator-Spulen S), der Rotor mit einer größere Anzahl von Magneten bestückt. Die 3-phasige Ansteuerung bedingt eine durch 3 teilbare Stator-Spulenzahl (S), während die Anzahl der Rotormagnetpole (P) durch 2 teilbar sein muss, um zu verhindern, dass gleichnamige Pole nebeneinander angeordnet werden.

Mit der Vergrößerung des Durchmessers bei gleichzeitiger Erhöhung der Stator-Spulen– und Rotormagnetzahl wächst einerseits das Motordrehmoment, andererseits wird die Motordrehzahl bei gleicher Feldfrequenz verkleinert. Man kann also von einem elektronischen Getriebe sprechen. Wird die Rotormagnetzahl verdoppelt, so halbiert sich die Drehzahl bei gleicher Feldfrequenz, verdreifacht man die Rotormagnetzahl, so verringert sich die Drehzahl auf ein Drittel der Feldfrequenz (Drehzahl bei Feldfrequenz). Diese Gesetzmäßigkeit lässt sich durch folgende Formel abbilden:

i = Feldfrequenz / Rotordrehzahl = Rotorpole / 2

Die Anzahl der Rotorpole lässt sich durch Drehen des Rotors um exakt eine Umdrehung feststellen. Der stehende Rotor magnetisiert z.B. mit seinem Nordpol ein Stator-Joch (Metallkern, um den die Statorspule gewickelt ist). Wird der Rotor nun um einen gewissen Betrag gedreht, so rastet sein Südpol aufgrund der Remanenz an diesem Stator-Joch ein. Die Anzahl dieser Rastpunkte (steps) ergibt sich, indem man die Anzahl der Rotorpole (P) mit der Anzahl der Phasen (Ph) multipliziert: steps = P * Ph. Zur Ermittlung der Anzahl der Rotorpole muss die Anzahl der Rastpunkte nur durch die Anzahl der Phasen (i.d.R. 3) geteilt werden.