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Über dieses Buch

Infolge der auftretenden Verlustleistungen in elektrischen Antriebsmaschinen erwärmen sich die Bauteile. Überschreiten die Bauteiltemperaturen gegebene Grenzwerte, ist eine irreversible Schädigung die Folge. Um die Antriebe zielgerichtet und effizient auslegen zu können, sind Berechnungsmodelle zur Vorausberechnung erforderlich. Stefan Oechslen untersucht die thermische Modellierung. Er stellt Methoden zur Modellierung der Wärmeleitfähigkeit der Wicklung und Wickelköpfe sowie zur Analyse des Diskretisierungseinflusses vor und leitet zusätzlich zu einem hochaufgelösten Modell auch ein schnellrechnendes Modell ab. Darüber hinaus wendet der Autor den vorgestellten Modellierungsprozess auf ein zukunftsweisendes Kühlkonzept an.

Der Autor

Stefan Oechslen arbeitet als Ingenieur in der Antriebsvorentwicklung bei einem deutschen Automobilhersteller im Bereich Triebstrang und Elektrifizierung. Er hat am Institut für Verbrennungsmotoren und Kraftfahrwesen der Universität Stuttgart am Lehrstuhl für Kraftfahrzeugmechatronik promoviert.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung und Zielsetzung

Elektrische Maschinen können sehr hohe Wirkungsgrade und hohe Leistungsdichten erreichen [1]. Ihre Leistungscharakteristik zeichnet sich dadurch aus, dass das maximale Drehmoment ab dem Stillstand zur Verfügung steht. Mit zunehmender Drehzahl kann ab Erreichen der Maximalleistung eine nahezu konstante Leistung abgegeben werden [1].

Stefan Oechslen

Kapitel 2. Grundlagen und Stand der Technik

In diesem Kapitel werden die Grundlagen elektrischer Antriebsmaschinen, der Wärmeübertragung und der messtechnischen Analyse elektrischer Antriebsmaschinen erläutert.

Stefan Oechslen

Kapitel 3. Modellierungsprozess

Im Folgenden wird eine Vorgehensweise zur Erstellung des thermischen Modells einer elektrischen Maschine vorgeschlagen.

Stefan Oechslen

Kapitel 4. Modellierung elektrischer Maschinen

Inhalt dieses Kapitels ist die thermische Modellierung der betrachteten elektrischen Antriebsmaschine (siehe Kapitel 2.1.1, S. 5 ff.). Es werden der Aufbau des Rechenmodells und die Ermittlung der Modellparameter beschrieben. Insbesondere wird die Wärmeleitung in der Wicklung und in den Wickelköpfen sowie die räumliche und zeitliche Diskretisierung des Modells thematisiert.

Stefan Oechslen

Kapitel 5. Schnellrechnendes thermisches Modell

In Kapitel 2.2.2 werden Methoden der Modellierung in Form von thermischen Netzwerken vorgestellt. In Kapitel 4 wird die PMSM als White Box (siehe Tabelle 2.2, S. 23) modelliert. Ziel dieses Kapitels ist es, die Rechenzeit dieses Modells zu minimieren.

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Kapitel 6. Experimentelle Untersuchung

In diesem Kapitel wird die experimentelle Untersuchung der betrachteten PMSM erläutert. Die verwendete methodische Vorgehensweise wird in Kapitel 6.1 vorgestellt. In Kapitel 6.2 wird auf die Positionierung der Temperatursensoren und Besonderheiten der Temperaturmessung in elektrischen Maschinen eingegangen.

Stefan Oechslen

Kapitel 7. Anwendung bei direktgekühlter Wicklung

In diesem Kapitel wird ein verbessertes Kühlkonzept der betrachteten PMSM vorgestellt. Dieses Kühlkonzept verbessert im Wesentlichen die Kühlung der Wicklung. Es wird gezeigt, dass der vorgestellte Modellierungsprozess für andere E-Maschinentypen und Kühlkonzepte geeignet ist.

Stefan Oechslen

Kapitel 8. Zusammenfassung und Ausblick

Elektrische Antriebe können sehr hohe Leistungsdichten erreichen und finden in Automobilen immer häufiger als Traktionsantriebe Anwendung. Dabei sind die zulässigen Grenztemperaturen der Antriebe zu berücksichtigen. Im Stator sind insbesondere die Wickelköpfe temperaturkritisch. Da eine Überschreitung der zulässigen Temperaturen eine irreversible Schädigung der Maschine zur Folge hat, ist bei Überschreitung genannter Grenzwerte die Leistung zu reduzieren.

Stefan Oechslen

Backmatter

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