Auslegung und Integration eines piezoelektrischen Energy-Harvesters zur Versorgung von Sensoren auf Rotoren elektrischer Maschinen

2025
Buch

Verfasst von: Lukas Brandl
Buchreihe: Wissenschaftliche Reihe Fahrzeugtechnik Universität Stuttgart
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik"; Springer Professional "Technik"

Über dieses Buch

Durch die Integration eines piezoelektrischen Energy-Harvesters auf dem Rotor einer E-Maschine, sind neuartige Sensorkonzepte realisierbar, wobei das Sensorsystem auf dem Rotor positioniert und durch den Energy-Harvester energieautark ist. Die Arbeit beinhaltet eine Methode zur Auslegung solch eines Energy-Harvesters und ist vollständig in den Entwicklungsprozess der E-Maschine integriert. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass der piezoelektrische Energy-Harvester das Sensorsystem inklusive kontaktloser Datenübertragung ausreichend mit elektrischer Energie versorgt, unter realen Betriebspunkten der E-Maschine als Traktionsmaschine in einem Pkw.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung

Die Automobilindustrie sieht sich einem zunehmenden Wechsel des Antriebskonzeptes gegenüber. Der Antrieb wird elektrifiziert und die elektrische Maschine (EM) löst den Verbrennungsmotor als Traktionsmaschine ab (Abbildung 1.1). Es ist zu erwarten, dass sich dieser Trend auch in Zukunft fortsetzt.

Lukas Brandl

Kapitel 2. Grundlagen für die Auslegung eines piezoelektrischen Energy-Harvesters

Zusammenfassung

In diesem Kapitel sind die theoretischen Grundlagen beschrieben, auf die sich die Auslegung eines PEH auf der Rotorwelle einer EM stützt. Mit dem Ziel einer Versorgung eines Sensorsystems durch den PEH beginnt dieses Kapitel mit der Sichtung der Literatur zum Thema sensorgestützer Funktionen in EM. Daraus ist das Potenzial vom Einsatz eines PEH abzuleiten.

Lukas Brandl

Kapitel 3. Methode zur Auslegung eines rotorseitigen piezoelektrischen Energy-Harvesters

Zusammenfassung

PEH bieten Potenziale zur Verbesserung der Produkteigenschaften der EM durch die Bereitstellung von elektrischer Energie zum Betreiben von rotorseitiger Sensorik, wie in den vorherigen Kapiteln aufgezeigt. Hauptkern dieser Arbeit ist eine Methode für die Auslegung und Integration eines PEH auf der Rotorwelle einer EM, die als Traktionsmaschine eines Pkw betrieben wird. Die in diesem Kapitel präsentierte Methode greift dabei die eingangs dieser Abhandlung gestellten Forschungsfragen auf, wie ein PEH auf der Rotorwelle ausgelegt wird sowie wie diese Auslegung in den Entwicklungsprozess einer EM zu integrieren ist.

Lukas Brandl

Kapitel 4. Simulative Untersuchungen

Zusammenfassung

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung einer Methode zur Auslegung eines PEH, der auf der Rotorwelle einer EM platziert ist. Der PEH dient der Versorgung eines Sensorsystems. Dieses energieautarke Sensorsystem ermöglicht das Umsetzen neuartiger Funktionen, die sich auf diese Sensordaten stützen.

Lukas Brandl

Kapitel 5. Anwendung und praktischer Nachweis der Methode

Zusammenfassung

In diesem Kapitel wird die Methode aus Kapitel 3 auf eine EM angewandt und vollständig durchlaufen. Durch Anwendung der Methode auf ein reales Beispiel ist ein praktischer Nachweis erbracht. Die Erkenntnisse, die aus den Ergebnissen dieses Kapitels gewonnen werden, dienen der Beantwortung der eingangs der Arbeit gestellten Forschungsfragen.

Lukas Brandl

Kapitel 6. Zusammenfassung

Zusammenfassung

Neuartige Sensorkonzepte, bei denen Sensoren auf dem Rotor einer EM platziert sind, bieten das Potenzial der Verbesserung der Produkteigenschaften der EM. Die durch den Sensor gewonnenen Daten können beispielsweise zur Überwachung der EM genutzt werden, oder zur Regelung der Stellgrößen im Betrieb der EM. Auf Grund der Position der Sensorik auf dem Rotor ist die elektrische Versorgung eine zentrale Herausforderung.

Lukas Brandl

Titel: Auslegung und Integration eines piezoelektrischen Energy-Harvesters zur Versorgung von Sensoren auf Rotoren elektrischer Maschinen
Verfasst von: Lukas Brandl
Verlag: Springer Fachmedien Wiesbaden
Electronic ISBN: 978-3-658-50106-8
Print ISBN: 978-3-658-50105-1
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-658-50106-8

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Auslegung und Integration eines piezoelektrischen Energy-Harvesters zur Versorgung von Sensoren auf Rotoren elektrischer Maschinen

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Inhaltsverzeichnis

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Kapitel 1. Einleitung

Kapitel 2. Grundlagen für die Auslegung eines piezoelektrischen Energy-Harvesters

Kapitel 3. Methode zur Auslegung eines rotorseitigen piezoelektrischen Energy-Harvesters

Kapitel 4. Simulative Untersuchungen

Kapitel 5. Anwendung und praktischer Nachweis der Methode

Kapitel 6. Zusammenfassung

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