Entwicklung von permanenterregten Transversalflußmaschinen hoher Drehmomentdichte für Traktionsantriebe

Die sehr hohen Anforderungen für elektrische Traktionsantriebe in bezug auf Anfahrdrehmomente und Dauerleistungen bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad werden mit den heute bereits verfügbaren Antriebssystemen zum großen Teil erfüllt. Dabei haben sich vor allem Antriebe mit schnellaufenden Synchron- und Asynchronmaschinen und geeigneter Getriebeübersetzung durchgesetzt. Weitergehende Optimierungsmöglichkeiten ergeben sich beim Übergang zu getriebelosen Direktantriebssystemen, die Verschleißfreiheit und Wartungsarmut mit reduziertem Gewicht und Bauraum kombinieren. In einem getriebelosen Direktantrieb muß die elektrische Maschine allerdings das maximal erforderliche Drehmoment direkt liefern können.

Die Transversalflußmaschine kann diese Anforderung durch ihr hohes masse- und volumenbezogenes Drehmoment erfüllen. In der vorliegenden Arbeit werden deshalb neue Transversalflußkonzepte für Traktionsantriebe entwickelt, die eine sehr hohe Drehmomentdichte bei gutem Leistungsfaktor aufweisen. Das Konzept mit der höchsten Drehmomentdichte wird für die Auslegung eines Maschinenprototyps für den Einsatz als Radnabenmotor in einem Elektrofahrzeug ausgewählt. Für dieses Maschinenkonzept wird eine neuartige magnetische Kopplung einer dreiphasigen Anordnung vorgestellt, die sich durch eine besonders kleine axiale Baulänge und geringes Aktivgewicht auszeichnet. Die Vorteile eines weichmagnetischen Pulververbundwerkstoffes, der isotrope Materialeigenschaften bei sehr geringen Wirbelstromverlusten und völlige Freiheit in der Formgebung bietet, werden mit dem neuen Konzept in besonderer Weise ausgenutzt.

Die Auslegung und Optimierung der Versuchsmaschine erfolgt mit Hilfe dreidimensionaler numerischer Feldberechnung. Dabei kommen neben den bekannten statischen Verfahren auch transiente Methoden zum Einsatz, die eine genaue Berechnung der zusätzlichen Wirbelstromverluste in Gehäuseteilen und in den leitfähigen Permanentmagneten ermöglichen. Aus den Ergebnissen der numerischen Berechnungen werden Dimensionierungsfaktoren abgeleitet, die in einem analytischen Modell zur schnellen Auslegung einer Basisgeometrie der Transversalflußmaschine verwendet werden können. Damit steht ein Werkzeug zur Verfügung, welches einen ersten Überblick über die zu erwartenden Kennwerte einer neuen Transversalflußmaschine gibt.