Nichtlineare Berechnung von permanentmagneterregten Gleichstrommotoren mit konzentrierten Wicklungen

an important quantity for the design and the condition assessment of HVDC insulation systems

Abstract

Steigende Anforderungen an Hilfsantriebe im Automotive-Bereich verlangen im Hinblick auf Energie- und Kosteneffizienz innovative Berechnungsmethoden des magnetischen Kreises. Der magnetische Kreis moderner Permanentmagnet-Gleichstrommotoren kleiner Leistung weist ein signifikantes Sättigungsverhalten auf. Er ist derart ausgelegt, dass die von den Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feldstärken nicht wie üblich dominieren, sondern die bestromten Ankerspulen vergleichbare Feldstärken erzeugen. Lineare Berechnungen mit konstanten Permeabilitäten bzw. Induktivitäten führen zu nicht mehr akzeptablen Ungenauigkeiten. Mittels transienter FEM-Simulationen ist es möglich die jeweiligen Flüsse in den Zahnspulen in Abhängigkeit von der Ankerposition und den Spulenströmen zu bestimmen. Für kurze Motorlängen sind grundsätzlich 3D-FEM-Berechnungen nötig. Es wurde ein Modellansatz gefunden, mit dem der Einsatz von 3D-FEM-Rechnungen stark reduziert und die Überlagerung der Flüsse in jedem Zahn zuverlässig und schnell beschrieben werden können. Dadurch kann die Rechen- und Entwicklungszeit erheblich reduziert werden.