Realitätsnahe Bestimmung der Eisenverluste einer elektrischen Maschine mit Einzelzähnen

An elektrische Maschinen in elektrifizierten Automobilantrieben werden hohe technische Anforderungen gestellt. Zum einen wer-den Produktionsmethoden benötigt, welche die Herstellung großer Stückzahlen unter Einhaltung niedriger Kosten ermöglichen. Zumanderen wird eine hohe elektrische Reichweite gefordert, was einen elektrischen Antriebsstrang mit hoher Effizienz und gleichzeitighoher Leistungsdichte voraussetzt. Grundlegend für die Entwicklung elektrischer Maschinen mit den genannten Eigenschaften sinddetaillierte Verlustmodelle. Insbesondere die Modellierung der Ummagnetisierungsverluste, kurz Eisenverluste, im Stator und Rotor derMaschine ist dabei herausfordernd. ... mehrNeben der Materialwahl und der Maschinengeometrie haben die Fertigungsprozesse einen nichtzu vernachlässigenden Einfluss auf die Verlustcharakteristik der Maschine. In diesem Beitrag wird ein neuer Ansatz zur Bestimmungder Eisenverluste eines einzelnen Statorzahns einer elektrischen Maschine unter Berücksichtigung realitätsnaher Flussbedingungenvorgestellt. Mit dem gezeigten Verfahren können Fertigungseinflüsse auf die Eisenverluste untersucht werden, wobei anwendungs-spezifische Geometrie sowie magnetische Ausnutzung des Zahns beibehalten bleiben. Zunächst werden die magnetischen Zuständeeiner elektrischen Maschine mit Einzelzahnwicklung beschrieben. Nachfolgend wird der Einzelzahn-Prüfstand eingeführt und die Über-tragung der relevanten magnetischen Größen der Maschine auf den Prüfstand vorgestellt. Die Bestimmung der Zahnverluste anhandvon Messdaten wird gezeigt. Abschließend wird ein Vergleich von Simulation und Messung vorgenommen. Das vorgestellte Verfahrenbietet die Möglichkeit, Eisenverlustmodelle an die zusätzlich auftretenden fertigungsbedingten Verluste anzupassen und die Unsicher-heiten bei der Verlustmodellierung im Allgemeinen zu verringern.

High technical and economic demands are present for electrical machines in electrified automotive drives. On the one hand, methodsthat allow the production of large quantities while maintaining low costs are required. On the other hand, electrical drive trains withhigh efficiency and high power density are needed to provide for a long electrical range. Prerequisite for the development of electricalmachines with the above-mentioned characteristics are detailed loss models. Especially the modelling of iron losses in the stator androtor of the machine is challenging. In addition to the choice of materials, the manufacturing processes have a significant influence onthe loss characteristics of the machine. ... mehrThis publication presents a new approach for the determination of iron losses of a single statortooth under consideration of realistic flux conditions. With the presented method, manufacturing influences on the iron losses canbe investigated while maintaining the application-specific geometry and the magnetic utilization of the tooth. At first, the magneticconditions of an electric machine with single tooth winding are identified. Subsequently, the single-tooth test bench is introduced andthe transfer of relevant magnetic quantities of the machine to the test bench is presented. The determination of tooth losses based onmeasured loss data is shown. Finally, we report a comparison of simulation and measurement results. The presented method offersthe possibility to adapt iron loss models to additional manufacturing-related losses and to reduce uncertainties in iron loss modellingin general.