Einfluss der Rotorgeometrie auf Schwingungs- und Geräuschemissionen elektrischer Fahrzeugantriebe

Abstract

ZusammenfassungPermanentmagneterregte Synchronmaschinen werden im Bereich der Traktionsmaschinen in der Regel mit einer Rotorstaffelung ausgeführt, d. h. der Rotor wird ähnlich wie bei der Nutschrägung entlang des Blechpakets segmentweise um insgesamt eine Nutteilung am Umfang versetzt, um Parasitäreffekte wie Drehmomentwelligkeit zu reduzieren und das akustische Verhalten zu verbessern. Allerdings wird durch die Staffelung der Rotorsegmente in axialer Richtung die Hauptwellenflussverkettung der Permanentmagnete gegenüber einer ungestaffelten Maschine verringert. Daher muss in einer gestaffelten Maschine mehr Magnetmaterial eingesetzt werden als in einer ungestaffelten Maschine, um das gleiche Drehmoment zu erreichen, was sich in den Kosten niederschlägt. Darüber hinaus ist die Staffelung ein vergleichsweise aufwendiger Schritt im Fertigungsprozess, sodass sich die Produktionszeit je Maschine erhöht und letztendlich die Kosten steigen.In diesem Artikel wird der Einfluss einer Rotorpolweitenmodulation auf das Betriebsverhalten für V-förmig vergrabene Magnettopologien untersucht. Es wird bewertet, ob mithilfe dieser zusätzlichen Modifikation der Maschinengeometrie ein Antrieb ohne Staffelung ausgeführt werden kann, der die Vorgaben des Lastenhefts in Bezug auf die Drehmomentwelligkeit sowie auf das maximale Drehmoment einhält und gleichzeitig die Geräuschemissionen begrenzt. Zur vorteilhaften Gestaltung einer Rotorpolweitenmodulation wird eine Kombination der Magnetöffnungswinkel mittels eines analytischen Netzwerks identifiziert, die die für die Anregung von Pendelmomenten und Geräuschen kritischen Feldwellen des Rotors reduzieren kann. Anschließend werden die analytischen Ergebnisse mit FEM-Berechnungen validiert. Der Einfluss der Rotorpolweitenmodulation auf das Drehmomentverhalten sowie die Geräuschanregung wird mit der gestaffelten Referenzmaschine verglichen.