Der Fokus der Arbeit liegt auf die Entwicklung einer Synchronmaschine für den Einsatz in Direktantrieben und im Bereich der Sicherheitskleinspannung von max. 60 V für Elektrofahrzeuge. Dabei soll das betrachtete Fahrzeug mit vier Motoren angetrieben werden. Durch den begrenzten Bauraum in der Felge wird die Technologie des Außenläufermotors mit Permanenterregung und Zahnspulenwicklung verwendet. Die Bewertung der Wicklungen erfolgt auf Basis von charakteristischen Kenngrößen, wie z. B. der Wicklungsfaktor und die Oberfeldstreuziffer, die in dieser Arbeit abgeleitet und zusammengefasst werden. Für eine fahrzyklusgerechte Auslegung des Antriebs wird der standardisierte WLTP-Zyklus betrachtet. Daraus ergibt sich eine maximale Leistung von 20 kW für jeden der vier Motoren. Durch die geringe Spannung resultiert sich eine geringe Windungszahl und eine kleine Induktivität. Der daraus resultierende Kurzschlussstrom kann den Speisestrom um das Vielfache übersteigen. Diese Belastung kann die Permanentmagnete teilweise oder vollständig entmagnetisieren. Ein Maschinendesign mit geringem Kurzschlussstrom und hoher Entmagnetisierungsfestigkeit soll entworfen werden. Unterschiedliche Maschinentopologien werden mit der finiten Elemente Methode berechnet und bewertet. Die ausgelegten Maschinen werden anhand des Energieverbrauches, des Zykluswirkungsgrades und der Entmagnetisierungsfestigkeit der Magnete bewertet und miteinander verglichen.
Aktualisiert: 2023-04-19
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Es stellt die ingenieurmäßige Aufgabe, am Beispiel eines Turbokältekompressors möglichst neuartige Konzepte für den integrierten hochtourigen PM-Synchronmotor zu entwerfen und anhand einer technischen Bewertung die alternativen Konzepte für die weitere Untersuchung zu favorisieren.
Der schwerpunkt liegt bei der analytischen und numerischen Modellierung und Simulation von hochtourigen PM-Synchronmotoren, deren Layout in SMC- und Blechschnitt-Technik sowie der experimentellen Erprobung anhand von Funktionsmustern. Mit der vorliegenden Arbeit werden Wissenslücken geschlossen und bestehende Ansätze zur analytischen Modellierung und Simulation weiterentwickelt.
Aktualisiert: 2021-01-14
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In der vorliegenden Arbeit wird ein Berechnungsverfahren vorgestellt, mit Hilfe dessen die lastabhängige Drehmomentwelligkeit bei permanentmagneterregten Synchronmaschinen in Zahnspulenwickeltechnik reduziert werden kann. Das Verfahren basiert dabei auf einer Optimierung der Wicklung des Motors über eine Variation der Spulenwindungszahlen.
Darüber hinaus folgt eine Zusammenfassung von gängigen Methoden, die Drehmomentwelligkeit bei Permanentmagnetmotoren zu reduzieren. Weiterhin wird
dargelegt, wie die lastabhängige Drehmomentwelligkeit auf einem einfachen Weg analytisch berechnet werden kann.
Für die Realisierung des Berechnungsverfahrens werden mehrere Ansätze, von analytischer Berechnung über einen numerischen Ansatz bis hin zur Kombination beider Varianten, vorgestellt und der gewählte Ansatz mittels eines Berechnungstool realisiert. Das Berechnungsverfahren wird auf verschiedene Nut-Polzahlkombinationen angewendet und somit dessen Wirksamkeit in Bezug auf die Reduzierung der Drehmomentwelligkeit untersucht. Weiterhin wird beschrieben, wie das Verfahren in der Praxis, bei der Reduzierung der Magnetkosten angewendet werden kann. Daran anschließend werden experimentelle Untersuchungen anhand von Versuchsmotoren durchgeführt und mit Hilfe von Schwingungsmessungen die Reduzierung der Drehmomentwelligkeit verifiziert.
Aktualisiert: 2020-02-03
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Das Funktionsprinzip der lagerlosen Maschinen ist seit den siebziger Jahren des letzten Jahrhunderts Gegenstand der Forschung und lässt sich mit verschiedenen Maschinentypen, wie etwa Asynchron-, Synchron- oder Reluktanzmaschinen, realisieren. Die Kombinationsmöglichkeiten von Antriebs- und Lagerwicklung unterliegen dabei bestimmten Gesetzmäßigkeiten, die im Bereich der symmetrischen Strangwicklungen nur im Falle der verteilten Ganzlochwicklungen hinreichend genau bekannt sind. Für eine Lösung mit Zahnspulenwicklungen (Einzelzahnwicklungen) hingegen existieren in diesem Zusammenhang nur wenig allgemeingültige Aussagen. Bei bestimmten Anwendungen aus dem Bereich der Pumpentechnologie wird zudem eine Kapselung bestimmter Maschinenkomponenten verlangt. Bezogen auf das zu pumpende Fluid hat diese eine gewisse Schutzfunktion, die eine Kontamination des Fluids verhindern soll. In den meisten Fällen kommen dünnwandige Hohlzylinder (Spaltrohre) aus Edelstahl zum Einsatz, die aufgrund ihrer relativ guten elektrischen Leitfähigkeit eine zum Teil erhebliche Wirbelstrom-Verlustleistung im aktiven Maschinenteil nach sich ziehen. Diese Arbeit greift die Themen: lagerlose Maschinen, symmetrische Zahnspulenwicklungen und Wirbelstrom-Spaltrohrverluste im Rahmen einer Vorstudie aus dem Bereich der aseptischen Pumpen mit permanentmagneterregtem Maschinenrotor auf. Die besonderen Randbedingungen dieses Konzeptes erlauben eine Betrachtung all dieser Themen in einer einzigen Anwendung.
Aktualisiert: 2019-06-18
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