Im Fokus dieser Arbeit stehen permanenterregte Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklungen. Die Steigerung der Drehmomentdichte kann durch eine Erhöhung der Stromdichte erfolgen. Diese wird durch eine direkte Flüssigkeitskühlung der Statorwicklung ermöglicht. Es wird aufgezeigt, wie Maschinen mit hohen möglichen Stromdichten sinnvoll dimensioniert werden können.
Zu Beginn der Arbeit werden Methoden zur Berechnung magnetischer Widerstände für den Stator elektrischer Maschinen vorgestellt und bewertet. Anhand systematischer Parametervariationen mit einem neuartigen Verfahren zur schnellen Maschinenidentifikation wird ein Motor für den Einsatz hoher Stromdichten und das Erreichen hoher Drehmomentdichten dimensioniert. Daraus wird eine analytische Grobdimensionierung in Kombination mit einem vereinfachten magnetischen Ersatznetzwerk erarbeitet. Außerdem wird in dieser Dissertation die geschlossen-analytische Berechnung der Stromverdrängung um den Einfluss endlicher Permeabilität sowie des Nutlängsfelds erweitert.
Aktualisiert: 2021-08-04
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Im Fokus dieser Arbeit stehen permanenterregte Synchronmaschinen mit Zahnspulenwicklungen. Die Steigerung der Drehmomentdichte kann durch eine Erhöhung der Stromdichte erfolgen. Diese wird durch eine direkte Flüssigkeitskühlung der Statorwicklung ermöglicht. Es wird aufgezeigt, wie Maschinen mit hohen möglichen Stromdichten sinnvoll dimensioniert werden können.
Zu Beginn der Arbeit werden Methoden zur Berechnung magnetischer Widerstände für den Stator elektrischer Maschinen vorgestellt und bewertet. Anhand systematischer Parametervariationen mit einem neuartigen Verfahren zur schnellen Maschinenidentifikation wird ein Motor für den Einsatz hoher Stromdichten und das Erreichen hoher Drehmomentdichten dimensioniert. Daraus wird eine analytische Grobdimensionierung in Kombination mit einem vereinfachten magnetischen Ersatznetzwerk erarbeitet. Außerdem wird in dieser Dissertation die geschlossen-analytische Berechnung der Stromverdrängung um den Einfluss endlicher Permeabilität sowie des Nutlängsfelds erweitert.
Aktualisiert: 2021-09-09
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Die Anforderungen an elektrische Antriebsmaschinen in Bezug auf die Drehmoment- und Leistungsdichte steigen zunehmend. Neben dem Einsatz verbesserter oder neuartiger Materialien und der Optimierung des elektromagnetischen Entwurfs hat die Kühlung für elektromagnetisch sehr hoch ausgenutzte Maschinen einen entscheidenden Einfluss auf die Maschinenabmessungen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die dominanten Einflussgrößen für ein Maschinendesign mit maximaler gravimetrischer und volumetrischer Drehmomentdichte aufgezeigt.
Anhand des Anwendungsbeispiels eines Flugzeugantriebs wird in der Arbeit beschrieben, wie elektrische Maschinen mit direkter Leiterkühlung im System bewertet werden können. Mit den zuvor erarbeiteten und validierten Berechnungsmethoden wird ein thermisches Modell mit einem elektromagnetischen Berechnungsmodell gekoppelt und für die Berechnung des Energieverbrauchs in einer Flugmission genutzt. Durch weitere Maßnahmen zur Steigerung der Kühlleistung konnte in der vorliegenden Arbeit die abführbare Verlustleistung weit über den Stand der Technik derzeitiger hoch ausgenutzter Maschinen hinaus gesteigert werden.
Aktualisiert: 2020-03-09
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Die Anforderungen an elektrische Antriebsmaschinen in Bezug auf die Drehmoment- und Leistungsdichte steigen zunehmend. Neben dem Einsatz verbesserter oder neuartiger Materialien und der Optimierung des elektromagnetischen Entwurfs hat die Kühlung für elektromagnetisch sehr hoch ausgenutzte Maschinen einen entscheidenden Einfluss auf die Maschinenabmessungen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die dominanten Einflussgrößen für ein Maschinendesign mit maximaler gravimetrischer und volumetrischer Drehmomentdichte aufgezeigt.
Anhand des Anwendungsbeispiels eines Flugzeugantriebs wird in der Arbeit beschrieben, wie elektrische Maschinen mit direkter Leiterkühlung im System bewertet werden können. Mit den zuvor erarbeiteten und validierten Berechnungsmethoden wird ein thermisches Modell mit einem elektromagnetischen Berechnungsmodell gekoppelt und für die Berechnung des Energieverbrauchs in einer Flugmission genutzt. Durch weitere Maßnahmen zur Steigerung der Kühlleistung konnte in der vorliegenden Arbeit die abführbare Verlustleistung weit über den Stand der Technik derzeitiger hoch ausgenutzter Maschinen hinaus gesteigert werden.
Aktualisiert: 2019-11-07
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