Kompakte Bordstromversorgung mit schnellaufendem Synchrongenerator

Übersicht

Wegen zunehmender Umweltbelastungen gibt es wieder verstärkte Entwicklungsanstrengungen zugunsten elektrisch angetriebener Fahrzeuge. Der wesentliche Nachteil autonomer elektrisch angetriebener Fahrzeuge besteht nach wie vor in deren Abhängigkeit von einer kontinuierlichen elektrischen Energiequelle, die in den meisten Fällen durch eine elektrochemische Speicherbatterie bereitgestellt wird. Aufgrund physikalischer Beschränkungen bleibt deren Leistungsdichte und Kapazität jedoch weit hinter der von flüssigen Kraftstoffen zurück.

Eine mögliche Alternative besteht in der Verwendung einer Bordstromversorgung, mit einem Generator der durch eine thermische Kraftmaschine angetrieben wird. In diesem Fall dient die Batterie nur als Kurzzeitspeicher, was deren Kosten, Gewicht und Preis wesentlich reduziert. Der Mittelwert der elektrischen Leistung kann direkt vom Generator zum elektrischen Fahrantrieb geführt werden. Um Gewicht und Volumen der Bordstromversorgung zu reduzieren, wird im folgenden die Verwendung eines schnellaufenden Generators, der direkt an eine Gasturbine gekoppelt werden könnte, vorgeschlagen. Der Aufsatz befaßt sich ausschließlich mit dem elektromechanischen Teil der Bordstromversorgung. Experimentelle Ergebnisse mit einem Generatorsystem im Leistungsbereich von 10 kW bei 36 000 min⁻¹ werden vorgestellt.

Contents

Growing concern with environmental pollution encourages renewed investigations in the field of electrically driven vehicles. The most significant drawback of electrical drive systems as applied to autonomous vehicles is their need for a continuous electrical power supply, mostly provided by electrochemical storage batteries. However, due to physical limitations their power and energy capacity is poor compared to liquid fuel.

An alternative can be seen in the use of an on-board power supply, with a generator driven by a thermal prime mover. In this case the battery serves only as short-time energy buffer with reduced capacity, weight and cost, whereas the mean electrical power is directly fed from the generator to the electrical drive of the vehicle. In this investigation the use of a high-speed generator, that might be directly coupled to a gas turbine, is proposed to reduce volume and weight of the on-board power supply. This paper deals only with the electromechanical part of the power supply. Experimental results from a generator system rated 10 kW at 36 000 rpm are discussed.