Funktionsprinzip und Betriebszustand des Permanentmagnetgenerators
Ein Permanentmagnetgenerator ist ein Stromerzeugungsgerät, das mechanische Energie aus thermischer Energie in elektrische Energie umwandelt. Permanentmagnetgeneratoren zeichnen sich durch geringe Größe, niedrige Verluste und hohen Wirkungsgrad aus. Aufgrund des zunehmenden Fokus auf Energieeinsparung und Umweltschutz ist die Forschung an Permanentmagnetgeneratoren unerlässlich. Bürstenlose Technologie lässt sich in vielen Bereichen einsetzen und wird daher häufig für kleine und Mikromotoren verwendet. Bei Verwendung eines Frequenzumrichters können Permanentmagnetmotoren auch in Drehzahlregelungsgetrieben eingesetzt werden. Dank der kontinuierlichen Verbesserung und Optimierung der Eigenschaften von Permanentmagnetmaterialien finden Permanentmagnetmotoren breite Anwendung in verschiedenen Bereichen wie Haushaltsgeräten, Medizintechnik, Automobilindustrie, Luftfahrt und Verteidigung.
Funktionsprinzip des Permanentmagnetgenerators:
Der Generator besitzt zwei Rotoren und einen Stator. Die Rotoren befinden sich beidseitig des Stators und bestehen aus einem Kreis von Permanentmagneten. Leistung und Spannung des Generators hängen von der Größe der Permanentmagnete, dem Spulendurchmesser und der Windungszahl ab.
Der Elektromotor eines Elektrofahrzeugs ist ein Scheibenmotor mit Eisenkern, der ohne Modifikation Strom erzeugen kann. Unter Last sinkt seine Leistung. Die starken Magnete für Permanentmagnetgeneratoren sind sehr teuer. Wer experimentieren möchte, kann sich einen kleinen Generator bauen. In ausrangierten Elektrofahrzeugmotoren finden sich oft kleine, starke Magnete, mit denen man experimentieren kann.
Der Statoraufbau und das Funktionsprinzip von Permanentmagnetgeneratoren entsprechen denen von Wechselstrom-Asynchronmotoren und sind meist vierpolig. Die Dreiphasenwicklung ist vierpolig angeordnet und erzeugt im bestromten Zustand ein vierpoliges Drehfeld.
Der Unterschied zwischen einem Permanentmagnet-Synchronmotor und einem herkömmlichen Asynchronmotor liegt in der Rotorstruktur. Die Permanentmagnetpole sind auf dem Rotorkern, genauer gesagt auf dessen Umfangsfläche, angebracht. Die Polarität der Magnetpole und der magnetische Fluss sind nach rechts gerichtet. Es handelt sich um einen 4-poligen Rotor. Gemäß dem Prinzip des geringen magnetischen Widerstands schließt sich der magnetische Fluss stets entlang des Weges mit dem geringsten Widerstand, und der Rotor wird durch die magnetische Anziehungskraft in Rotation versetzt. Daher rotiert der Permanentmagnetrotor synchron mit dem vom Stator erzeugten Drehfeld.
Permanentmagnetgeneratoren sind energiesparende Produkte. Durch die Permanentmagnetrotor-Konstruktion entfällt die zur Erzeugung des Rotormagnetfelds benötigte Erregerleistung sowie die mechanischen Verluste durch Reibung zwischen Kohlebürste und Schleifring. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Permanentmagnetgenerators erheblich. Herkömmliche Erregergeneratoren erreichen im Drehzahlbereich von 1500 bis 6000 U/min einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von lediglich 45 % bis 55 %, während Permanentmagnetgeneratoren einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von bis zu 75 % bis 80 % erzielen können.
Durch den Einsatz eines selbststartenden Spannungsreglers ist keine externe Erregerstromversorgung erforderlich. Der Generator erzeugt Strom, solange er sich dreht. Bei einer defekten Batterie funktioniert das Ladesystem des Fahrzeugs weiterhin normal, solange der Motor läuft. Falls keine Batterie vorhanden ist, kann der Motor auch durch Rütteln am Lenker oder durch Schieben des Fahrzeugs gestartet werden.
