Optimierter Einsatz von Ferritmagneten in permanentmagneterregten Synchronmotoren für Elektrofahrzeuge
| dc.date.accessioned | 2022-12-07T14:04:42Z | |
| dc.date.available | 2022-12-07T14:04:42Z | |
| dc.date.issued | 2022-11 | |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-202211237150 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/14281 | |
| dc.language.iso | ger | ger |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | * |
| dc.subject | Finite-Elemente-Methode | ger |
| dc.subject | Dauermagneterregte Synchronmaschine | ger |
| dc.subject | Elektroantrieb | ger |
| dc.subject | Ferritmagnet | ger |
| dc.subject | Entmagnetisierung | ger |
| dc.subject | Auslegung | ger |
| dc.subject.ddc | 620 | |
| dc.title | Optimierter Einsatz von Ferritmagneten in permanentmagneterregten Synchronmotoren für Elektrofahrzeuge | ger |
| dc.type | Dissertation | |
| dcterms.abstract | In der vorliegenden Dissertation wird eine konzeptionelle Maschine entwickelt. Dabei werden drei Disziplinen, die elektromagnetische, die mechanische als auch ein Optimierungsverfahren, zur Entwicklung des Maschinendesigns miteinander verknüpft. In der ersten Disziplin, der elektromagnetischen, werden die Performance als auch die elektrischen Eigenschaften mit den Anforderungen verglichen. Dabei werden zugleich problematische Eigenschaften wie das Entmagnetisieren der Magneten durch geeignete Optimierungen verbessert. Einhergehend wird in der mechanischen Disziplin ein strukturiertes Vorgehen mit diversen Optimierungsverfahren vorgestellt. In der letzten Disziplin liegt der Fokus auf dem gesamten Auslegungsprozess einer elektrischen Maschine. Dort wird gezeigt, dass anhand geeigneter Versuchspläne sowie Ablaufpläne der zeitliche Aufwand in einer Auslegung einer elektrischen Maschine minimiert wird. Diese drei gebündelten Disziplinen werden anhand einer Auslegung einer permanentmagneterregten Synchronmaschine in dieser Dissertation gezeigt. Als Zielsetzung wird eine Substitution der schweren Seltenen Erden durch Ferritmagneten im Rotor herangezogen. Anhand dieser Zielsetzung werden zunächst einige Anforderungen sowie Randbedingungen zur angestrebten Optimierung gewählt. Dadurch entsteht eine Einschränkung einiger Parameter im Optimierungsprozess. Wie auch bei anderen Optimierungsproblemen muss hinsichtlich der Zielgrößen darauf geachtet werden, dass diese ein konträres Optimierungsverhalten aufweisen. Im Zuge der Zielgrößenfindung im Optimierungsprozess ist das Augenmerk auf die Minimierung der Berechnungszeit, die Genauigkeit sowie die Reproduzierbarkeit gelegt. Als Lösungsansatz dieses Optimierungsproblems werden zwei Ablaufpläne erstellt. Diese Pläne sollen durch Ineinandergreifen eine teilautomatisierte Lösung des Problems bieten. Im ersten Ablaufplan, dem Ablaufplan zur groben Auslegung, wird durch die gezielte Vereinfachung eine Reduzierung der Berechnungszeit vor-genommen. In Kombination mit der angewendeten statistischen Versuchsplanung (kurz DoE, engl. Design of Experience) wird eine Reduzierung der Rechenzeit ermöglicht. Am Ende des ersten Ablaufplanes zur groben Auslegung wird automatisch zu jeder Zielgröße ein mathematisches Modell, zum Beispiel dem Drehmoment im Eckpunkt, entwickelt. Durch diesen ersten Ablaufplan wird innerhalb kürzester Zeit eine Vielzahl an Magnetvariationen erstellt. Die für die Zielgrößen optimale Geometrievariation wird dann in einem zweiten Ablaufplan, dem Ablaufplan zur feinen Auslegung, hinsichtlich der Genauigkeit gesteigert. In diesem Ablaufplan werden die zeitintensiven Optimierungen, wie die Festigkeit des Blechschnitts und die Entmagnetisierungsfestigkeit der Magneten, vorgenommen. Hierzu werden die Optimierungen, die ein zielführendes Verhalten der bei-den Optimierungsprobleme zur Folge haben, in dieser Dissertation vorgestellt. Das Resultat dieses Ablaufplans ist eine Magnetanordnung, die eine reproduzierbare Lösungsfindung für das Optimierungsproblem darstellt. Zur Verifizierung des Optimierungsweges wird zuletzt das entstandene Maschinendesign an einem Proto-typ validiert. Die Verifizierung dieser Optimierungsmethode zeigt ein gutes bis sehr gutes Ergebnis. Es zeigte sich im Vergleich, dass mit den Ferriten im Vergleich zum Stand der Technik verwerteten SEE-Magneten ein vergleichbares Ergebnis erzielt wurde. Bei dem Drehmoment wurde ein Unterschied von ca. 7,5 % Abweichung ermittelt. Dabei sei anzumerken, dass in diesem Vergleich die Anforderungen an die Ferrite denen der SEE gleichgesetzt wurden. Somit kann der entstandene Lösungsweg für weitere Optimierungsprobleme angewendet werden. | ger |
| dcterms.abstract | In this dissertation, a conceptual machine is developed. Three disciplines, the electromagnetic, the mechanical as well as an optimization method, are combined to develop the machine design. In the first discipline, the electromagnetic one, the performance as well as the electrical properties are compared with the requirements. At the same time, problematic properties such as demagnetization of the magnets are improved by suitable optimizations. In the mechanical discipline, a structured procedure with various optimization methods is presented. In the last discipline, the focus is on the entire design process of an electrical machine. There it is shown that the time required for the design of an electrical machine can be minimized by means of suitable test plans and flow charts. These three bundled disciplines are shown in this dissertation on the basis of a design of a permanent magnet excited synchronous machine. The objective is the substitution of heavy rare earths by ferrite magnets in the rotor. Based on this objective, some requirements as well as boundary conditions for the intended optimization are selected. This results in a restriction of some parameters in the optimization process. As with other optimization problems, care must be taken with regard to the target variables that they exhibit a contrary optimization behavior. In the course of the target size determination in the optimization process the attention is put on the minimization of the computation time, the accuracy as well as the reproducibility. As solution approach of this optimization problem two flow charts are provided. These plans are to offer a partially automated solution of the problem by inter-locking. In the first flow chart, the flow chart for the rough design, a reduction of the computation time is made by the purposeful simplification. In combination with the applied statistical design of experience (DoE), a reduction of the compu-tation time is made possible. At the end of the first flow chart for the rough design, a mathematical model is automatically developed for each target variable, for example the torque at the corner point. This first flow chart generates a large number of magnet variations within a very short time. The optimum geometry variation for the target variables is then increased in terms of accuracy in a second flow chart, the flow chart for fine design. In this flow chart, the time-consuming optimizations, such as the strength of the sheet metal cut and the demagnetization resistance of the magnets, are carried out. For this purpose, the optimizations that result in a goal directed behavior of the optimization problems are presented in this dissertation. The result of this flow chart is a magnet arrangement which represents a reproducible solution for the optimization problem. Lastly, to verify the optimization path, the resulting machine design is validated on a prototype. The verification of this optimization method shows a good to very good result. The comparison showed that a comparable result was achieved with the ferrites compared to the SEE magnets used in the state of the art. A difference of approx. 7.5% was determined for the torque. It should be noted that in this comparison, the requirements for the ferrites were set equal to those for the SEE. Thus, the resulting solution path can be applied to further optimization problems. | eng |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Deisling, Markus | |
| dcterms.dateAccepted | 2022-10-28 | |
| dcterms.extent | 152, XXIV Seiten | |
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Elektrotechnik / Informatik | ger |
| dc.contributor.referee | Brabetz, Ludwig (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Fister, Michael (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Ayeb, Mohamed (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Claudi, Albert (Prof. Dr.) | |
| dc.subject.swd | Finite-Elemente-Methode | ger |
| dc.subject.swd | Dauermagneterregte Synchronmaschine | ger |
| dc.subject.swd | Elektroantrieb | ger |
| dc.subject.swd | Ferrite | ger |
| dc.subject.swd | Magnet | ger |
| dc.subject.swd | Entmagnetisierung | ger |
| dc.subject.swd | Bemessung | ger |
| dc.type.version | publishedVersion | |
| kup.iskup | false | |
| ubks.epflicht | true |
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