Bewertung des zweidimensionalen Villari-Effekts auf die magnetischen Eigenschaften von FeSi-Elektroband

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Benedikt Schauerte

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In dieser Arbeit werden zunächst die Grundlagen weichmagnetischer Werkstoffe sowie die Ursachen und Quellen für mechanische Spannungsverteilungen im magnetischen Kreis rotierender elektrischer Maschinen vorgestellt. Im Anschluss werden die verschiedenen zur Messung der magnetischen Feldstärke und Flussdichte zur Verfügung stehenden Sensoren und die konventionellen sowie adaptierten Sensortopologien zur Vermessung weichmagnetischer Materialien beschrieben. Aus den Erkenntnissen der Funktions- und Wirkungsweise dieser Sensoren wird im Anschluss die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Sensoreinheit mit drehbarem Joch zur erweiterten Charakterisierung des vektoriellen Villari-Effekts abgeleitet, vorgestellt und verifiziert. Der entwickelte Sensor wurde zunächst zu einer umfangreichen Vermessung des magneto-mechanischen Materialverhaltens von FeSi Elektroband eingesetzt. Die Ergebnisse dieser Messkampagne werden ausführlich und mit besonderer Berücksichtigung des Einflusses verschiedener Winkel zwischen mechanischer Hauptspannungs- und Magnetisierungsrichtung dargestellt und diskutiert. In einer weiteren Messkampagne anhand acht unterschiedlicher Elektrobandgüten wird der Villari-Effekt auf Korrelationen zwischen magneto-elastischem Materialverhalten und den für die betrachteten Werkstoffe bekannten mikrostrukturellen Materialparametern untersucht. Zur Berücksichtigung des gemessenen Materialverhaltens in der FE-Simulation rotierender elektrischer Maschinen wird das gemessene Materialverhalten in Magnetiserungs- und Eisenverlustmodellen abgebildet. Die Arbeit schließt mit einer Studie zum Einsatz gezielt eingebrachter mechanischer Eigenspannungen zum Aufbau magnetischer Flussbarrieren in rotierenden elektrischen Maschinen.