Die synchrone Reluktanzmaschine besitzt außer der Ankerwicklung keine weitere Felderregung. Mit dem Reluktanzprinzip verknüpft sind eine hohe Drehmomentwelligkeit, ein geringes Drehmoment und ein schmaler Konstantleistungsbereich. Bisherige Untersuchungen befassen sich mit Ganz- und Bruchlochwicklungen, um Einfluss auf diese Leistungsindikatoren zu üben. Ein neuartiger Ansatz stellt der einseitig kurzgeschlossene Statorkäfig dar. Ziel der Arbeit ist es die Anwendung des Statorkäfigs auf synchrone Reluktanzmaschinen zu untersuchen und im Hinblick auf die Eignung als Traktionsantrieb in elektrisch betriebenen Fahrzeugen zu bewerten.
Dazu erfolgt eine umfassende Behandlung der elektromagnetischen Eigenschaften des Statorkäfigs, wie der Änderung der Polpaarzahl über die Phasenverschiebung zwischen den Stäben oder der inhomogenen Stromdichteverteilungen in den massiv ausgeführten Stäben und im Kurzschlussring.
Zur Ableitung allgemeingültiger Ergebnisse wird ein analytisches Modell basierend auf dem linearen magnetischen Kreis entwickelt. Bestehende Ansätze werden auf geometrisch asymmetrische Konfigurationen erweitert und die Ergebnisse anhand von FEM-Simulationen validiert.
Die Polumschaltbarkeit wird anhand diverser Rotorgeometrien erfasst. Untersuchungen zur Bildung zeitlich konstanter Drehmomente erfolgen über die Hauptflussverkettungen. Es werden Reluktanzunterschiede sichtbar, die Orientierungen der Achsen in Richtung der größten und kleinsten Reluktanz identifiziert und Unterschiede hervorgehoben Im Rahmen des elektromagnetischen Entwurfs liegt der Fokus auf der Vereinfachung des Entwurfsprozesses und der Reduktion der Drehmomentwelligkeit ausgehend von der Anzahl an Stäben. Die Bewertung von drei entworfenen Kandidaten erfolgt anhand von Kennlinien und Kennfeldern.
Aktualisiert: 2023-04-13
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Die permanentmagneterregte Synchronmaschine mit Seltene-Erden-Magneten ist die aktuell am häufigsten eingesetzte Maschinenvariante in elektrisch angetriebenen Straßenfahrzeugen, da sie hohe Drehmomentdichten und hohe Wirkungsgrade ermöglicht. Der Einsatz von leistungsstarken Seltene-Erden-Magneten ist aufgrund von großen Preisschwankungen und möglichen Versorgungsengpässen jedoch mit strategischen Risiken für die Fahrzeughersteller verbunden. Aus diesem Grund werden zunehmend Ansätze zur Reduzierung der Abhängigkeit von Seltenen Erden analysiert. Als alternative Maschinentypen kommen derzeit vorrangig die Asynchronmaschine und die elektrisch erregte Synchronmaschine in Frage. Eine weitere, bisher kaum für hochtourige Fahrzeuganwendungen untersuchte Alternative ist die synchrone Reluktanzmaschine (SynRM). Zur Untersuchung der Potenziale der SynRM wird im Rahmen dieser Arbeit zunächst ein automatisierter Entwurfsprozess unter Verwendung eines multikriteriellen Optimierungsalgorithmus entwickelt. Auf Basis dieser Entwurfsumgebung wird ein Fahrmotor mit einer Bemessungsleistung von 47 kW und einer maximalen Drehzahl von 10000 1/min ausgelegt. Zur experimentellen Verifizierung der Berechnungen wird ein entsprechender Prototyp aufgebaut und am Prüfstand betrieben. Am Beispiel dieser Maschine werden mögliche Ansatzpunkte zur Verbesserung des Betriebsverhaltens in Theorie und Praxis untersucht. Die Wahl der Blechgüte und die Anwendung neuer Verfahren zur Herstellung der Blechkonturen stehen dabei im Fokus. Zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit der SynRM erfolgt abschließend ein umfassender Vergleich mit Synchronmaschinen mit vergrabenen Magneten. Zu diesem Zweck wird eine neue Auswahlsystematik zur multikriteriellen Bewertung verschiedener Maschinenvarianten vorgestellt.
Aktualisiert: 2020-06-30
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