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

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die übergreifende Zielsetzung des beantragten Projekts lag in der Schaffung wissenschaftlicher Grundlagen zur Bestimmung der Wirbelstromverluste, verursacht durch den Einsatz der Fertigungsverfahren. Dazu waren zuerst die Anforderungen an die Fertigungsverfahren zu definieren. Es wurden Berechnungsmodelle erarbeitet, deren Gültigkeit durch Messungen an Probemustern einfacher Geometrie sowie an Elektromotoren für die Kfz-Anwendung nachgewiesen wurden. Die gewonnenen Erkenntnisse erlauben eine Schärfung der Verlustmodelle sowie eine für die Anwendung hinsichtlich der Verluste optimierte Auswahl der jeweiligen Fertigungsverfahren. Die Kenntnis der Wirbelstromverlustmechanismen stellt weiter die Grundlage zur Bestimmung von Maßnahmen zur Verlustminimierung dar. Eine Bewertung der Maßnahmen bezüglich der Integration in die Fertigungsprozesskette soll abschließend durchgeführt werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die Einflüsse der Fertigungsverfahren auf die Wirbelstromverluste eines Hybrid-Elektromotors mit einem Stator in Einzelzahn-Ausführung untersucht. Schwerpunkt der Untersuchungen waren dabei die Herstellungsprozesse Stanzen der einzelnen Bleche, Paketieren der Bleche zu einem Stapel und Montage der Blechpakete in ein Gehäuse. Basierend auf den Ergebnissen konnten die qualitativen und quantitativen Einflüsse verschiedener Fertigungsverfahren auf die Wirbelstromverluste aufgezeigt werden. Anhand der beschriebenen Vorgehensweisen ist eine schnelle und belastbare Abschätzung der zusätzlichen Verluste schon während der Konstruktionsphase eines Elektromotors möglich. Eine zielgerichtete Auswahl der Fertigungsverfahren sowie eine Schärfung der Verlustmodelle des Elektromotors können damit erfolgen. Im Rahmen von weiterführenden Untersuchungen ist eine Messung der Verluste von kompletten Elektromotoren im Betrieb sinnvoll. Es kann dann der Einfluss der Fertigungsverfahren bei realen Verhältnissen unter Berücksichtigung der Flussrichtung benachbarter Statorzähne, des Rotorquerflusses und des zeitlichen Verlaufs des magnetischen Flusses genauer quantifiziert werden. Ziel folgender Arbeiten kann dann eine weitere Schärfung und Validierung der vorgestellten Rechenmodelle sein.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Kräfte- und Belastungsermittlung bei der Handhabung von Statorblechpaketen in der Fertigung von Elektromotoren. In ZWF 12/2015, Seite 771-774
  Schneider, M.; Zahner, M; Franke, J.
  
• Resonant method for the measurement of quality of laminated cores. In: Electric Drives Production Conference (EDPC), 2015 5th International (2015)
  Schneider, M.; Franke, J.