Untersuchungen zum Einfluss der Fertigungsverfahren auf die Wirbelstromverluste von Stator-Einzelzahnblechpaketen für den Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jörg Ernst Franke
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung ; Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 253525297

Die Reduzierung der Verlustleistung von Traktionsantrieben für elektrische Fahrzeuge ist von hoher Bedeutung für die erfolgreiche Einführung der Elektromobilität. Die Verlustleistung hat direkte Auswirkungen auf die Einhaltung der CO2-Emissionsvorschriften, die Reichweite von Elektrofahrzeugen, die Kosten und das Gewicht der Batterie, der Leistungselektronik und der Systemkühlung. Aus diesem Grund müssen die gesamten Arten von Verlustleistungen grundlegend untersucht, die Reduktionspotentiale zu deren Minimierung identifiziert und Verbesserungen festgelegt und umgesetzt werden.Eine Art der Verluste, die alleine einige Prozentpunkte der Effizienz des Antriebs ausmacht, sind die Wirbelstromverluste. Die Wirbelstromverluste werden im Wesentlichen in den Lamellen der Eisenkerne des Elektromotors erzeugt. Zur Wirbelstromverlustminderung sind die einzelnen Bleche des Stapels elektrisch voneinander isoliert. Allerdings kann es aufgrund der Fertigungsprozesse zu einer elektrischen Verbindung des laminierten, zunächst isolierten Stapels, führen und somit zu einer Erhöhung der Wirbelstromverluste. Die Auswirkungen der Fertigungsprozesse auf die Entstehung zusätzlicher Wirbelstromverluste ist derzeit nicht ausreichend untersucht worden.Eine wichtige Komponente des Elektromotors ist das Statorblechpaket. Die Herstellungsschritte, das Schneiden der einzelnen Lamellen, das Stapeln der Lamellen zu einem Kern und die Anordnung des Statorkerns im Gehäuse unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Auswirkung auf die Wirbelstromverluste. Das Hauptziel des vorgestellten Forschungsprojektes ist daher die Bestimmung der Wirbelstromverluste resultierend durch die verschiedenen Herstellungsverfahren. Zu diesem Zweck sollen die Wirbelstrompfade, die durch die Herstellungsverfahren verursacht werden, identifiziert und die entsprechenden geometrischen und elektrischen Abmessungen erfasst werden. In einem nächsten Schritt sollen FEM-Simulationen erstellt und basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen sollen analytische Rechenmodelle zur Charakterisierung der Wirbelstromverluste entwickelt werden. Abschließend werden die Simulationen und die Berechnungsmodelle durch die Ergebnisse der Messungen validiert.Basierend auf der identifizierten Wirbelstromcharakteristik können Anforderungen an die angewandten Herstellungsprozesse zur Verlustminimierung und Qualität der Teile angegeben werden. Aufbauend auf den Ergebnissen kann anschließend eine Empfehlung für die Gestaltung von Statorkernen mit dem Fokus auf der Verringerung der Verluste angeboten werden. Des Weiteren werden die Ergebnisse der Untersuchungen die Grundlage für die Bestimmung zusätzlicher Herstellungsverfahren zur Verlustminimierung sein, z. B. durch das Einfügen von Isolationsschichten an bestimmten Stellen, um die Wirbelstrompfade voneinander zu trennen. In einem letzten Schritt soll die Wirksamkeit der identifizierten Maßnahmen zur Wirbelstromverlustreduktion durch Messungen evaluiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Elektroblechmessgerät
• Gerätegruppe: 4140 Fehlerprüfgeräte (Rißprüfung), elektrische oder magnetische