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2026-04-18T12:40:47Z

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Ein '''Reluktanzmotor''' ist eine Bauform eines [[Elektromotor]]s, bei dem das [[Drehmoment]] im [[Rotor]] ausschließlich durch die [[Reluktanzkraft]] erzeugt wird und nicht zu wesentlichen Anteilen durch die [[Lorentzkraft]], wie es bei [[Magnetische Erregung|magnetisch erregten]] Maschinen der Fall ist. Die Maschine ist weder mit [[Permanentmagnet]]en bestückt noch bedarf es elektrischer [[Wicklung]]en am Rotor und verschleißanfälliger [[Schleifring]]e oder [[Kohlebürste|Bürsten]]. Der Rotor besitzt ausgeprägte Pole und besteht aus einem [[Permeabilität (Magnetismus)|hochpermeablen]], [[Weichmagnetische Werkstoffe|weichmagnetischen]] Material wie beispielsweise [[Elektroblech]].

Im Vergleich zu permanentmagnetisch erregten Maschinen wie dem [[Synchronmotor]] weist der Reluktanzmotor eine geringe [[Drehmoment]]endichte auf, das heißt, das [[Nennwert|Nenn]][[drehmoment]], bezogen auf das Volumen der Maschine, ist geringer.<ref>{{Literatur | Autor = Dieter Gerling | Titel = Vorlesung Elektrische Maschinen und Antriebe | Verlag = Universität der Bundeswehr München | Seiten = 150–159 }} {{Webarchiv|url=http://www.unibw.de/eit61/studium/vorlesungen-uebungen/ema/vorlesung-ema |wayback=20131213044247 |text=Online }}</ref> Da der Motortyp im synchronen Betriebsmodus mittels eines [[Frequenzumrichter]]s jedoch einen höheren [[Wirkungsgrad]] als sonstige Asynchron- und Synchronmotoren aufweist, ist er dennoch wirtschaftlich.<ref>{{cite web|url=http://fluidfuture.ksb.com/fileadmin/user_upload/images/antrieb/supreme/supreme_fakten_infografik.png|title=Wirkungsgradvergleich Reluktanzmotor (IE4) zu IE3-Motor|accessdate=2013-12-04|publisher=[[KSB Aktiengesellschaft]]|archiveurl=https://web.archive.org/web/20131213041914/http://fluidfuture.ksb.com/fileadmin/user_upload/images/antrieb/supreme/supreme_fakten_infografik.png|archivedate=2013-12-13 }}</ref><ref>{{cite web|url=https://www.elektrotechnik.vogel.de/elektromotoren/articles/393232/|title=IE4-Antriebspaket mit Synchronreluktanzmotor|author=Reinhard Kluger|publisher=elektrotechnik|accessdate=2013-12-08|date=2013-02-04}}</ref><ref>{{cite web|url=http://www.energy20.net/pi/index.php?StoryID=317&articleID=223177|title=Synchron-Reluktanzmotoren erreichen Effizienzklasse IE4|author=Peter F. Brosch, Hochschule Hannover|publisher=Energie 2.0 Kompendium 2013|accessdate=2013-12-08|archiveurl=https://web.archive.org/web/20150924001620/http://www.energy20.net/pi/index.php?StoryID=317&articleID=223177|archivedate=2015-09-24 }}</ref>

== Grundprinzip ==
[[Datei:Prinzip der Reluktanzkraft.png|mini|Ein lockeres Stück eines Kerns richtet sich nach den Feldlinien aus.]]
Die Bewegung kommt dadurch zustande, dass das System nach minimalem [[Magnetischer Widerstand|magnetischem Widerstand]] (Reluktanz) strebt. Als Modell kann man sich eine Ringkern-Spule vorstellen, bei der ein Schenkel lose ist (''siehe Bild''). Durch die [[Reluktanzkraft]] wird der lose Schenkel die Stellung anstreben, in der die Reluktanz ihr Minimum erreicht (also die [[Induktivität]] ihr Maximum erreicht). Im Reluktanzmotor bilden immer zwei Pole des [[Stator]]s und zwei Pole des Rotors so einen „Ring“, indem sich der Rotor so stellt, dass die Reluktanz möglichst gering wird, indem [[Magnetischer Widerstand|magnetisch besonders leitfähige]] Segmente des Rotors sich parallel zu den Feldlinien ausrichten.

Eine alternative (etwas mathematischere) Betrachtungsweise ist, dass der Magnetfeld-[[Vektor]], der den Rotor durchsetzt, in mehrere Komponenten zerlegt wird. Da der Rotor in Sättigung geht, werden die Teilvektoren nicht ihre volle „Länge“ erreichen, sondern nur ein Maximum, das in Richtung durch die Pole höher ist (wegen geringerer Reluktanz) als in andere Richtungen. Addiert man nun die so „verkürzten“ Komponenten vektoriell, so zeigt ihre vektorielle Summe in eine andere Richtung als der ursächliche Feldvektor des Stators. Der Rotor dreht sich nun, bis die Vektoren in die gleiche Richtung zeigen.

Indem die Statorpole zeitlich versetzt magnetisiert werden, wirkt die Kraft immer in eine andere Richtung, und es kommt eine Rotation zustande.

=== Vorteile ===
Der Vorteil eines Reluktanzmotors ist der Umstand, dass Verluste praktisch nur im ruhenden und somit von außen gut kühlbaren Stator entstehen. Somit sind entsprechend gebaute Reluktanzmotoren tolerant gegen kurzzeitige Überlastung. Durch den vergleichsweise einfachen Aufbau des Rotors ohne Spulen oder spezielle Werkstoffe (es werden keine Dauermagnete und keine Materialien wie [[Metalle der Seltenen Erden|Seltene Erden]] benötigt) kann der Rotor robust und bei entsprechender Konstruktion tolerant gegen Überdrehzahl ausgeführt werden.<ref>{{Internetquelle |autor=Peter F. Brosch, Hochschule Hannover |url=https://www.industr.com/de/synchron-reluktanzmotor-versus-asynchronmotor-57219 |titel=Synchron-Relkutanzmotor versus Asynchronmotor |werk= |hrsg=publish-industry Verlag GmbH |datum=2014-06-02 |zugriff=2018-10-05 |sprache=de}}</ref>

=== Nachteile ===
Nachteilig am Reluktanzmotor ist vor allem das pulsierende Drehmoment, das sich besonders bei kleiner Statorpolzahl auswirkt. Weitere Nachteile sind pulsierende radiale Kräfte zwischen Rotor und Stator, welche die Lager belasten und für eine vergleichsweise hohe Geräuschentwicklung verantwortlich sind. Außerdem ist für den Aufbau des Drehfelds, wie bei der [[Asynchronmaschine]], ein [[Blindstrom]] erforderlich. Durch diesen Blindstrom steigt die [[Scheinleistung]] der elektronischen Umrichter.

== Bauarten ==
[[Datei:Reluktanzmotor.svg |mini|Schnitt durch einen geschalteten Reluktanzmotor]]
[[Datei:Motore a riluttanza magnetica variabile.gif|mini|Funktionsprinzip eines geschalteten Reluktanzmotors – die abwechselnd von Strom durchflossenen Windungen der Statorspulen sind grün, gelb und rot dargestellt]]
Man unterscheidet im Wesentlichen vier Arten von Reluktanzmotoren:

; Synchron-Reluktanzmotor
: Der [[Synchron-Reluktanzmotor]] hat einen bewickelten mehrphasigen [[Stator]] (Ständer) wie eine [[Asynchronmotor|Asynchronmaschine]]. Der [[Rotor]] (Läufer) ist aber nicht homogen, sondern weist ausgeprägte Pole auf, deren Anzahl oft der Anzahl der Pole des Stators entspricht. Ein direkter Anlauf dieses Motortyps am Netz ist in der Regel nicht möglich, daher wird er meist mittels eines [[Frequenzumrichter]]s angesteuert.

; ''Asynchronmotor mit Reluktanzmoment''
: Soll auf den Frequenzumrichter verzichtet werden, so kann der Motor wie eine Asynchronmaschine mit einem Kurzschlusskäfig ausgerüstet werden und heißt dann ''Asynchronmotor mit Reluktanzmoment''. Er läuft dann wie ein Asynchronmotor bis in die Nähe der asynchronen Gleichgewichtsdrehzahl an. Dann überwiegt der Reluktanzeffekt, und der Rotor dreht sich synchron mit dem Drehfeld. So lässt sich auf einfache und relativ preisgünstige Weise ein mit der Statorfrequenz synchron laufender [[Drehstrommotor]] bauen, jedoch weist diese Bauform gegenüber dem Betrieb mit Frequenzumrichter als Nachteile gegenüber [[Synchronmotor]]en und Asynchronmotoren einen geringeren [[Wirkungsgrad]], eine geringere Kraftdichte und vor allem einen hohen Blindleistungsbedarf auf.

Wenn möglich, ist es aus diesem Grund sinnvoll, einen frequenzumrichtergespeisten Synchron-Reluktanzmotor einzusetzen.

; Geschalteter Reluktanzmotor
: (kurz SRM, von englisch: ''switched reluctance motor'', auch ''SR-drive''):<ref>{{Internetquelle |url=https://energie.ch/antriebsvergleich/ |titel=Antriebsvergleich |datum=2015-01-28 |sprache=de |abruf=2022-08-29}}</ref> Geschaltete Reluktanzmotoren haben eine unterschiedliche Anzahl ausgeprägter Zähne bzw. Pole an Rotor und Stator. Die Statorzähne sind mit Spulen bewickelt, die abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden. Die Zähne mit den bestromten Wicklungen ziehen jeweils die nächstgelegenen Zähne des Rotors wie ein [[Elektromagnet]] an und werden abgeschaltet, wenn (oder kurz bevor) die Zähne des Rotors den sie anziehenden Statorzähnen gegenüberstehen. In dieser Position wird die nächste Phase auf anderen Statorzähnen eingeschaltet, die andere Rotorzähne anzieht. Im Allgemeinen hat ein geschalteter Reluktanzmotor drei oder mehr Phasen. Es gibt aber auch Sonderbauformen mit nur zwei oder einer Phase. Um im richtigen Zeitpunkt umzuschalten, wird die Maschine in der Regel mit einem [[Drehgeber|Rotorlagegeber]] versehen. In geberlosen Steuerverfahren wird der Zeitpunkt zum Umschalten anhand des Statorstroms oder des Drehmomentes detektiert. Reluktanzmotoren dieser Bauart zeichnen sich durch hohe Robustheit und einen geringen Bauaufwand aus. Wie Asynchronmaschinen bilden sie im unbestromten Zustand bei Drehung im Prinzip kein Drehmoment aus. Eine Restmagnetisierung führt jedoch oft zu einem kleinen Rastmoment im stromlosen Zustand. Bei niedrigen Drehzahlen sind sie den Asynchronmaschinen bezüglich Drehmomentdichte aufgrund der hohen herstellbaren Polpaarzahlen überlegen, bei höheren deutlich unterlegen. Permanenterregten Synchronmaschinen sind sie diesbezüglich auf jeden Fall unterlegen.

; Reluktanz-Schrittmotor
: Ein Reluktanz-[[Schrittmotor]] kann im Prinzip gleich wie ein geschalteter Reluktanzmotor aufgebaut sein. Er wird im Gegensatz zu diesem aber ohne Kenntnis der Rotorposition geschaltet, ist dadurch einfacher, aber weniger zuverlässig ([[Schrittmotor#Schrittverlust|Schrittverluste]]). Im Gegensatz zu anderen Schrittmotoren ist der Reluktanz-Schrittmotor nicht in der Lage, im unbestromten Zustand seine Position zu halten.

== Anwendungsbereiche ==
Reluktanzmotoren eignen sich gut für mittelgroße Antriebe (Durchmesser von 100 bis 300 mm) mit geringen Einschaltzeiten. Durch ihren einfachen und robusten Aufbau (zum Beispiel keine Rotorwicklungen oder Magnete) eignen sie sich sehr gut für den Betrieb in rauen Umgebungen. Für kleine Motoren scheiden sie wegen zu geringer Kraftdichte und zu geringem Wirkungsgrad aus, und für große wegen zu geringer Energieeffizienz und zu hohem Blindleistungsbedarf. Derzeit sind Ausführungen bis zu 52 kW bekannt.<ref>{{Internetquelle |autor=Siemens Aktiengesellschaft |url=https://mall.industry.siemens.com/mall/de/WW/Catalog/Product/?mlfb=1FP1514-2BB2.-.... |titel=SIMOTICS SD-VSD4000 MOTOR TYPE: 1TV4222B IEC LV-Motor, Synchron Reluctanz Motor |werk= |hrsg=Siemens Aktiengesellschaft |datum=2019-07-22 |zugriff=2020-08-19 |sprache=de}}</ref>

Ein weiteres Anwendungsgebiet für synchron laufende Reluktanzmotoren findet sich in der Textilindustrie zum synchronen Abspulen von Garn.

Geschaltete Reluktanzmotoren wurden in [[Hybridelektrokraftfahrzeug]]en als paralleler Hybridantrieb eingesetzt, weil sie im Gegensatz zu permanenterregten Motoren beim Antrieb durch den Verbrennungsmotor verlustfrei laufen und vor allem im Anlauf ein höheres [[Drehmoment]] als Asynchronmotoren haben. Als vollständig elektrisch angetriebenes Auto hat das [[Tesla Model 3|Model 3]] von [[Tesla, Inc.|Tesla]] einen Motor, der zum Teil als Reluktanzmotor funktioniert.<ref name="electrek">{{Internetquelle |autor=Fred Lambert |url=https://electrek.co/2018/05/19/tesla-model-3-dual-motor-performance-version-ac-induction-permanent-magnet-motor/ |titel=Tesla Model 3 dual motor performance version features both an AC induction and a permanent magnet motor |werk=Electrek |datum=2018-05-20 |sprache=en-US |abruf=2022-08-29}}</ref>

Ein Vorteil synchron laufender sowie geschalteter Reluktanzmotoren ist die kostengünstige Herstellung des Motors.<ref name="zeit">{{Internetquelle |autor=Silke Wettach |url=https://www.zeit.de/auto/2013-02/elektromotor-technik/komplettansicht |titel=Belgier entwickeln Elektromotor ohne Seltene Erden |werk=[[Die Zeit]] |datum=2013-02-25 |abruf=2022-08-29}}</ref> Bei geschalteten Reluktanzmotoren ist die Steuerungselektronik aufgrund des hohen Blindleistungsbedarfs etwas teurer als bei anderen Motortechnologien. Infolge gesunkener Preise für elektronische Komponenten sind sie dennoch inzwischen auch für die Verwendung in größeren Haushaltsgeräten ([[Waschmaschine]]n, Reinigungspumpen) attraktiv.

== Literatur ==
* {{Literatur|Autor=Ernst Hörnemann, Heinrich Hübscher, Dieter Jagla|Titel=Elektrotechnik, Industrieelektronik|Verlag=Westermann|Ort=Braunschweig|ISBN=3-14-221730-4|Jahr=2001}}
* {{Literatur|Autor=Hans-Günter Boy, Horst Flachmann, Otto Mai|Titel=Elektrische Maschinen und Steuerungstechnik|Sammelwerk=Die Meisterprüfung |Verlag=Vogel Verlag und Druck|Ort=Würzburg|ISBN=3-8023-0725-9|Auflage=4|Jahr=1983}}
* {{Literatur|Titel=Fachkunde Elektrotechnik|Sammelwerk=Europa-Fachbuchreihe: Für elektrotechnische Berufe|Jahr=1989|ISBN=3-8085-3018-9|Auflage=18|Verlag=Verl. Europa-Lehrmittel}}
* [[Peter Friedrich Brosch]]: ''Der neue Energiesparer – IE4 mit Reluktanzmotor''. In ''Konstruktion'', Nr. 7/8, 2011, S. 14–17
* {{Literatur |Autor=Rolf Fischer |Titel=Elektrische Maschinen: Aufbau, Wirkungsweise und Betriebsverhalten |Hrsg=Eugen Nolle |Auflage=18 |Verlag=Carl Hanser Verlag |Ort=München |Datum=2021 |ISBN=978-3-446-46912-9 |Kapitel=6.5.1 Reluktanzmotorenn |Seiten=434–438 |DOI=10.3139/9783446469389.006 |Online={{Google Buch |BuchID=UJFSEAAAQBAJ |Seite=434}}}}

== Weblinks ==
{{Commonscat|Switched reluctance machines}}
* [https://www.goetz-automation.de/Schrittmotor/ReluktanzSM.htm Der Reluktanz-Schrittmotor]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elektromotor]]
[[Kategorie:Elektrische Antriebstechnik]]

Reluktanzmotor - Versionsgeschichte

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