Realitätsnahe Bestimmung der Eisenverluste einer elektrischen Maschine mit Einzelzähnen

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