Drehstrom-Klauenpolgeneratoren werden zur Erzeugung elektrischer Energie im Kraftfahrzeug eingesetzt. Um alle Forderungen zu erfüllen, setzt die Entwicklung des Klauenpolgenerators analytische und numerische Auslegungswerkzeuge ein. In dieser Arbeit werden erstmals effiziente, numerische Simulationsverfahren entwickelt, welche die dreidimensionale Berechnung der Wirbelstromdichte und der Wirbelstromverluste im Klauenpolrotor des Generators gestatten. Auf Basis der Methode der Finiten Elemente (FEM) werden zwei transiente Vektorpotentialansätze aus den physikalischen Feldgleichungen hergeleitet, welche die elektromagnetischen Felder in elektrisch leitenden Materialien beschreiben. Ein Zeitschrittalgorithmus repräsentiert die zeitliche Änderung der Felder. Der Einsatz binärer Randbedingungen berücksichtigt virtuell die Rotorbewegung im Betrieb der Drehfeldmaschine. Das Ziel eines höheren Wirkungsgrads des Klauenpolgenerators bedingt die Optimierung der Rotorgeometrie bezüglich geringerer Wirbelstromverluste. Als Randbedingungen bleiben die hohe Leistungsabgabe und die kostengünstige Fertigung bestehen. Neben den in der Serienfertigung eingesetzten Abfasungen erweist sich der Einsatz von Einkerbungen auf der Rotoroberfläche als erfolgreich, um die Wirbelstrombahnen zu durchtrennen. Generatoren mit Abfasungen oder geeignet positionierten Einfräsungen verlieren zwar durch den größeren effektiven Luftspalt geringfügig an abgegebener Leistung, die Reduktion der Wirbelstromverluste erfolgt aber überproportional zur Leistungsabsenkung. Das in dieser Arbeit entwickelte Simulationswerkzeug zur dreidimensionalen transienten Feldberechnung in kurzgeschlossenen Wirbelstromgebieten wird durch Rechnungen analysiert und durch Messungen verifiziert. Die implementierte, dreidimensionale Geometriebewegung ermöglicht translatorische und rotatorische Bewegungsrichtungen, wodurch die Simulationsmethode sowohl lineare Systeme als auch rotierende Maschinen umfasst. Die Parallelisierung auf skalierbaren Rechnerclustern verkürzt die Rechenzeiten der transienten FEM-Rechnungen entscheidend. So kann erstmals ein Großteil der dreidimensionalen Wirbelstromaufgabenstellungen energietechnischer Anwendungen mit einem einzigen Solverpaket effizient berechnet werden.
Numerische Berechnung der Wirbelstromverluste von Drehstrom-Klauenpolgeneratoren
Berichte aus der Elektrotechnik ; 1-175
2003
175 Seiten, Bilder, Tabellen, 117 Quellen
Theses
German
Berechnung des Betriebsverhaltens von Klauenpolgeneratoren
TIBKAT | 1994
|Numerische Verfahren zur Berechnung und Auslegung von Drehstrom-Klauenpolmotoren
Tema Archive | 1996
|ELEKTROMOTOREN - Wirbelstromverluste bei bürsterdosen Gleichstrommotoren
Online Contents | 2000
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