Multiphysikalische Auslegung einer fremderregten Synchronmaschine mit magnetischer Asymmetrie für einen Hochvolt-Achsantrieb

Von:

Dominik Grauvogl

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In der vorliegenden Arbeit wird eine fremderregte Synchronmaschine als Achsantrieb für ein Elektrofahrzeug entwickelt. Als Grundlage hierfür dient ein bereits vorhandener Stator einer permanenterregten Synchronmaschine. Durch die Wiederverwendung des Stators ist eine maschinentypunabhängige Baukastenerweiterung in Form eines magnetfreien Rotors gegeben, wodurch die ökonomischen und ökologischen Nachteile der Permanentmagnete ausgeschlossen sind. Bei der Auslegung des Rotors wird von Beginn an ein multiphysikalischer Entwicklungsansatz gewählt, mit dem der praxistaugliche Einsatz für den modularen Baukasten sichergestellt ist. Dabei ist die elektromagnetische Auslegung iterativ auf die mechanische Blechpaketfestigkeit, das thermische Verhalten und die magnetischen Geräusche abgestimmt. In Kombination mit den gesetzten Restriktionen ergibt sich ein neuartiges asymmetrisches Polschuhdesign mit dem es möglich ist, das geforderte Drehmoment mit genügend kleiner Welligkeit ohne eine Rotorschrägung zu erreichen. Die Simulationsergebnisse sind durch die Vermessung eines aufgebauten Prototyps validiert und bestätigt. Ein abschließender Simulationsvergleich mit der baugleichen permanenterregten Synchronmaschine zeigt, dass die fremderregte Synchronmaschine hinsichtlich Performance, Wirkungsgrad und Geräuschverhalten eine konkurrenzfähige Alternative dazu ist.