Systematische Optimierung von elektrischen Linearmaschinen für den Einsatz in Freikolbenmotoren

Freikolbenmotoren zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität des eingesetzten Brennstoffs aus. In Kombination mit einem Lineargenerator bieten diese die Möglichkeit, unterschiedliche Gaszusammensetzungen in elektrische Energie zu wandeln. Diese Arbeit analysiert und bewertet die Energiewandlung in einem Freikolbenmotor, wobei ein besonderer Fokus auf der Optimierung der elektrischen Linearmaschine liegt. Eine ganzheitliche Systemanalyse beschreibt die mechanischen, thermodynamischen und elektrischen Eigenschaften, die sich aus dem Zusammenspiel von Verbrennungsprozess, Gasfeder, Reibung und Lineargenerator ergeben. Damit wird der Einfluss verschiedener Parameter auf das Betriebsverhalten des Freikolbenmotors aufgezeigt.

Basierend auf der Systemanalyse erfolgt die Auslegung und Optimierung des Lineargenerators. Verschiedene Topologien, einschließlich permanentmagneterregter Synchronmaschinen, flussmodulierter Maschinen wie Vernier- und Flux-Switching-Maschinen sowie Reluktanz- und Transversal Flussmaschinen, werden dazu evaluiert. Zur Berücksichtigung der gegensätzlichen Optimierungsziele, die sich aus der Anwendung ergeben, werden multikriterielle Optimierungen durchgeführt.

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