Methoden zur Bewertung von Oberwelleneffekten in permanentmagneterregten Synchronmaschinen kleiner Leistung

Heutzutage werden elektrische Maschinen kleiner Leistung als Antriebe verschiedener alltäglicher Anwendungen, wie z.B. als Nebenantriebe in Kraftfahrzeugen und in Haushaltsgeräten, eingesetzt. Bei diesen Kleinmaschinen, die in hohen Stückzahlen produziert werden, sind die Produktionskosten von entscheidender Bedeutung. Gleichzeitig ist eine hohe Leistungsdichte aufgrund des begrenzten Bauraums und des geringen Gewichtes bei mobilen oder tragbaren Anwendungen erforderlich. Aus diesen Gründen werden häufig schnelldrehende permanentmagneterregte Synchronmaschinen (Hochdrehzahl-PMSM) gewählt. Die hohe Leistungsdichte der Hochdrehzahl-PMSM ermöglicht auch einen ressourcensparenden Materialeinsatz, der zu geringeren Kosten führen kann.

Durch die hohe Drehzahl bzw. elektrische Grundfrequenz sind die parasitären Effekte, die von den Oberwellen der magnetischen Felder verursacht werden, stärker ausgeprägt. Beispielsweise steigen die Ummagnetisierungs- bzw. Eis enverluste mit der Frequenz. Als weiterer wichtiger parasitärer Effekt ist das akustische Verhalten der Maschine zu nennen. Dieses hängt sowohl mit den Frequenzen als auch mit den Amplituden der Kraftanregungen zusammen.

In dieser Arbeit werden die Entstehungsmechanismen von parasitären Effekten in Antriebssystemen kleiner Leistung dargestellt und mögliche Maßnahmen zur Minimierung der Oberwelleneffekte untersucht und bewertet. Die Harmonischen der Luftspaltfelder, die mit bestimmten parasitären Effekten verbunden sind, werden identifiziert. Durch die Identifikation von Ursachen können Maßnahmen zur Modifikation der Maschinengeometrie vorgenommen werden, die gezielt diese Ursachen unterdrücken.