%0 Thesis %1 Seibold.2015 %A Seibold, Peter %D 2015 %K IEW{\_}Dissertationen Transverse_Flux_Machines hp_iew_diss %T Analytisches Verfahren zur Berechnung einer dreisträngigen geblechten Transversalflussmaschine für Traktionsantriebe %X Transversalflussmaschinen zeichnen sich durch eine hohe Drehmomentdichte aus. Die Erhöhung der Drehmomentdichte wird im Wesentlichen durch eine Erhöhung der Polzahl erreicht. Dazu löst der Aufbau der Transversalflussmaschine den Zielkonflikt zwischen der Maximierung der Kupfer- und der Eisenquerschnittsfläche mit Hilfe der Entkopplung des elektrischen und magnetischen Kreises. Die Entkopplung führt jedoch zu einer dreidimensionalen magnetischen Flussführung. Dadurch ist der Entwicklungs- und Fertigungsaufwand deutlich größer als bei konventionellen Longitudinalflussmaschinen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Überblick der fertigungstechnischen Möglichkeiten von Transversalflussmaschinen gegeben und ein neuartiges, fertigungstechnisches Blechungskonzept zur Realisierung des dreidimensionalen magnetischen Flusses in einer Transversalflussmaschine vorgestellt. Das Blechungskonzept besteht aus einzelnen Blechpaketen, die toleranzunabhängig gegeneinander verklemmt werden. Die Blechpakete dienen der magnetischen Flussführung sowie als mechanische Trägerkonstruktion. Dieses Konzept wird auf eine dreisträngige permanentmagnetisch erregte Transversalflussmaschine als Außenläufer in Sammleranordnung angewendet. Die Dimensionierung orientiert sich an den elektromagnetischen und mechanischen Anforderungen eines elektrisch angetriebenen Stadtfahrzeugs mit zwei Direktantrieben. Der Prototyp, dessen Zielgeometrie mittels einer Sensitivitätsanalyse mit Hilfe von Finite-Elemente-Methode-Simulationen bestimmt wurde, besitzt einen Außendurchmesser von 250mm und erreicht ein maximales Drehmoment von 600 Nm. Darüber hinaus wird im Rahmen dieser Arbeit eine schnelle analytische Berechnungsmethode für die permanentmagnetisch erregte Transversalflussmaschine vorgestellt, die den Entwicklungsaufwand im Vergleich zu einer Auslegung ausschließlich mit einer Finite-Elemente-Methode-Simulation erheblich reduziert. Für die Berechnung werden nichtlineare Verhältnisse im weichmagnetischen Material berücksichtigt. Der Luftspalt wird durch dreidimensionale Flussröhren modelliert. Die wirkenden Kräfte und das daraus resultierende Drehmoment werden mit dem Energieerhaltungssatz berechnet. Die Ergebnisse der analytischen Berechnungsmethode und der magnetostatischen Finite-Elemente-Methode-Simulation werden anhand von Messergebnissen an einem Prototypen verifiziert. Dazu wird die Transversalflussmaschine zuerst für einen mechanisch blockierten Rotor vermessen, um drehzahlabhängige Verluste und Einflüsse der induzierten Spannung zu vermeiden. Darüber hinaus, wird mit Hilfe einer ungeregelten generatorischen Messung das fertigungstechnische Konzept zur Realisierung des dreidimensionalen magnetischen Flusses in einer Transversalflussmaschine bewertet. Dazu werden die Verluste im Leerlauf direkt und indirekt bestimmt. Abschließend wird die Transversalflussmaschine im generatorischen und motorischen Betrieb mit einer feldorientierten Regelung betrieben und für den Einsatz als Direktantrieb in einem Stadtfahrzeug untersucht.

@phdthesis{Seibold.2015, abstract = {Transversalflussmaschinen zeichnen sich durch eine hohe Drehmomentdichte aus. Die Erh{\"o}hung der Drehmomentdichte wird im Wesentlichen durch eine Erh{\"o}hung der Polzahl erreicht. Dazu l{\"o}st der Aufbau der Transversalflussmaschine den Zielkonflikt zwischen der Maximierung der Kupfer- und der Eisenquerschnittsfl{\"a}che mit Hilfe der Entkopplung des elektrischen und magnetischen Kreises. Die Entkopplung f{\"u}hrt jedoch zu einer dreidimensionalen magnetischen Flussf{\"u}hrung. Dadurch ist der Entwicklungs- und Fertigungsaufwand deutlich gr{\"o}{\ss}er als bei konventionellen Longitudinalflussmaschinen. In der vorliegenden Arbeit wird ein {\"U}berblick der fertigungstechnischen M{\"o}glichkeiten von Transversalflussmaschinen gegeben und ein neuartiges, fertigungstechnisches Blechungskonzept zur Realisierung des dreidimensionalen magnetischen Flusses in einer Transversalflussmaschine vorgestellt. Das Blechungskonzept besteht aus einzelnen Blechpaketen, die toleranzunabh{\"a}ngig gegeneinander verklemmt werden. Die Blechpakete dienen der magnetischen Flussf{\"u}hrung sowie als mechanische Tr{\"a}gerkonstruktion. Dieses Konzept wird auf eine dreistr{\"a}ngige permanentmagnetisch erregte Transversalflussmaschine als Au{\ss}enl{\"a}ufer in Sammleranordnung angewendet. Die Dimensionierung orientiert sich an den elektromagnetischen und mechanischen Anforderungen eines elektrisch angetriebenen Stadtfahrzeugs mit zwei Direktantrieben. Der Prototyp, dessen Zielgeometrie mittels einer Sensitivit{\"a}tsanalyse mit Hilfe von Finite-Elemente-Methode-Simulationen bestimmt wurde, besitzt einen Au{\ss}endurchmesser von 250mm und erreicht ein maximales Drehmoment von 600 Nm. Dar{\"u}ber hinaus wird im Rahmen dieser Arbeit eine schnelle analytische Berechnungsmethode f{\"u}r die permanentmagnetisch erregte Transversalflussmaschine vorgestellt, die den Entwicklungsaufwand im Vergleich zu einer Auslegung ausschlie{\ss}lich mit einer Finite-Elemente-Methode-Simulation erheblich reduziert. F{\"u}r die Berechnung werden nichtlineare Verh{\"a}ltnisse im weichmagnetischen Material ber{\"u}cksichtigt. Der Luftspalt wird durch dreidimensionale Flussr{\"o}hren modelliert. Die wirkenden Kr{\"a}fte und das daraus resultierende Drehmoment werden mit dem Energieerhaltungssatz berechnet. Die Ergebnisse der analytischen Berechnungsmethode und der magnetostatischen Finite-Elemente-Methode-Simulation werden anhand von Messergebnissen an einem Prototypen verifiziert. Dazu wird die Transversalflussmaschine zuerst f{\"u}r einen mechanisch blockierten Rotor vermessen, um drehzahlabh{\"a}ngige Verluste und Einfl{\"u}sse der induzierten Spannung zu vermeiden. Dar{\"u}ber hinaus, wird mit Hilfe einer ungeregelten generatorischen Messung das fertigungstechnische Konzept zur Realisierung des dreidimensionalen magnetischen Flusses in einer Transversalflussmaschine bewertet. Dazu werden die Verluste im Leerlauf direkt und indirekt bestimmt. Abschlie{\ss}end wird die Transversalflussmaschine im generatorischen und motorischen Betrieb mit einer feldorientierten Regelung betrieben und f{\"u}r den Einsatz als Direktantrieb in einem Stadtfahrzeug untersucht.}, added-at = {2022-10-25T14:13:37.000+0200}, author = {Seibold, Peter}, biburl = {https://puma.ub.uni-stuttgart.de/bibtex/2e075efa358b202dcf1c0343e922e59cb/iew_homepage}, interhash = {aefdc89ab328a37d3385fce7a6d00579}, intrahash = {e075efa358b202dcf1c0343e922e59cb}, keywords = {IEW{\_}Dissertationen Transverse_Flux_Machines hp_iew_diss}, price = {kart. : EUR 48.80 (DE)}, school = {{Universit{\"a}t Stuttgart}}, timestamp = {2022-10-25T12:14:06.000+0200}, title = {{Analytisches Verfahren zur Berechnung einer dreistr{\"a}ngigen geblechten Transversalflussmaschine f{\"u}r Traktionsantriebe}}, type = {{Dissertation}}, year = 2015 }