Hybrid erregte Synchronmaschine mit Statorkäfig als Traktionsmaschine im Elektrofahrzeug

Von:

Christian Bratke

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Es wird eine elektrische Maschine als Traktionsmaschine vorgestellt, die den Intelligent Stator Cage Drive (ISCAD) mit einem hybrid erregten Rotor, bestehend aus Permanenterregung und elektrischer Erregung, kombiniert. Somit resultiert die ISCAD-Hybrid, mit der eine hohe Leistungsdichte ohne Rotorkühlung erreicht werden soll. Außerdem sollen mit der Polumschaltbarkeit die Verluste minimiert und der Wirkungsgrad maximiert werden. Ausgangspunkt der Untersuchung stellt die analytische Beschreibung dar. Da die Permanentmagneten wie Flussbarrieren wirken, beeinflussen diese sowohl das Rotor- als auch das Statorfeld. Zur Berücksichtigung werden die allgemeinen Gleichungen aufgestellt und mithilfe von FEM-Simulationen validiert. Basierend auf den analytischen Gleichungen erfolgt der elektromagnetische Grobentwurf der ISCAD-Hybrid. Hierbei wird sowohl eine niedrige Drehmomentwelligkeit als auch eine Begrenzung des Wärmeeintrags mit geeigneten Maßnahmen erzielt. Mit numerischen Verfahren werden zwei ISCAD-Hybrid entworfen. Die Betriebseigenschaften werden qualitativ mithilfe der Kennfelder analysiert. Durch die Polumschaltung ergibt sich ein Wirkungsgradvorteil von bis zu fünf Prozentpunkten. Bei der Verwendung von Ferriten ist eine Polumschaltung nicht vorteilhaft und es besteht die Gefahr der irreversiblen Entmagnetisierung. Im Vergleich zu einer Referenzmaschine zeigt sich jedoch trotz Polumschaltung bei der ISCAD-Hybrid ein niedrigerer Wirkungsgrad. Zur Quantifizierung des Unterschiedes werden Fahrzyklussimulationen durchgeführt, wodurch der Einfluss der vorherigen Ergebnisse auf den Energieverbrauch aufgezeigt wird. Nichtsdestotrotz ist die halbierte Masse an Permanentmagneten gegenüber der Referenzmaschine positiv zu benennen.