Elektrisch erregte Synchronmaschinen als Fahrantriebe
André Brune, Bernd Ponick
Die elektrisch erregte Synchronmaschine als Fahrantrieb für Hybrid- und Elektrofahrzeuge zeichnet sich bei geeigneter Dimensionierung vor allem durch einen hohen Antriebswirkungsgrad und eine besonders hohe Kurzzeitspitzenleistung aus. Zur zeiteffizienten und ganzheitlichen Vorausberechnung und Optimierung des elektromagnetischen und thermischen Verhaltens der ESM werden in der vorliegenden Dissertation neu erarbeitete Methoden detailliert vorgestellt und bewertet. Diese Berechnungsmethoden stellen eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, sodass auch hoch ausgenutzte und somit deutlich von Sättigungseffekten beeinflusste ESM mit einer hohen Vorausberechnungsqualität dimensioniert werden können. Mit dem analytisch und numerisch gekoppelten Ansatz lassen sich die relevanten elektromagnetischen Bewertungskriterien, wie beispielsweise der Antriebswirkungsgrad, die Ströme und Spannungen und die Einzelverluste, in vollständigen Drehmoment-Drehzahl-Kennfeldern ermitteln. Die Einzelverluste dienen wiederum als Eingangsgrößen für die thermische Modellierung der ESM. Für die betrachtete Hohlwellenkühlung werden ein verbesserter Ansatz basierend auf einem thermischen Netzwerkmodell sowie ein neu erarbeitetes Verfahren mittels Lösung der zweidimensionalen Wärmeleitungsgleichung dargelegt. Damit ist es möglich, die Hot-Spot-Temperatur der Erregerwicklung und die mittlere Erregerwicklungstemperatur treffsicher vorauszuberechnen. Neben dem methodischen Kern werden desweiteren die charakteristischen Eigenschaften der ESM bei der grundlegenden Betrachtung des Verhaltens an der Grenzkennlinie beleuchtet.
