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德语In den letzten Jahren hat der Einsatz von Permanentmagnet-Synchronmotoren (PM) in Elektrofahrzeugen rasant zugenommen. Dies liegt vor allem daran, dass PMSMs höhere Drehzahlen erreichen können als herkömmliche AC-Induktionsmotoren. Der Hochgeschwindigkeitsbetrieb von PMSMs bringt jedoch weitere Herausforderungen in Bezug auf elektromagnetisches Design, Wärmemanagement und mechanische Struktur mit sich. Um die Effizienz und Leistungsdichte von PMSMs zu verbessern, wurden eine Reihe von Techniken entwickelt. Dazu gehören die Optimierung der Eisenkernverluste, die Verbesserung der magnetischen Induktionsintensität und der harmonischen Komponenten an verschiedenen Positionen im Eisenkern, die Reduzierung des Kupferverbrauchs durch die Einführung der Ringwicklungsstruktur und die Minimierung der Anzahl der Windungen an der Endwicklung.
Die wichtigste Herausforderung bei der Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-PMSMs besteht darin, den Eisenkernverlust des Rotors zu reduzieren. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Maßnahmen wie die Anpassung der Statornutöffnungsweite, die Optimierung der Pol-Nut-Passung, die Verwendung einer Schrägnut und eines magnetischen Nutkeils vorgeschlagen [1]. Allerdings können diese Verfahren die Wirbelstromverluste im Rotor nur abschwächen, aber nicht vollständig reduzieren. Darüber hinaus erfordern sie komplexe und teure Steuerungssysteme.
Ein weiteres wichtiges Thema ist die Verbesserung der Stabilität von PMSMs bei hohen Geschwindigkeiten. Zu diesem Zweck ist der Einsatz berührungsloser Lager eine effektive Lösung. Unter diesen sind Luftlager und Magnetschwebelager die vielversprechendsten. Im Vergleich zu Kugellagern können diese berührungslosen Lager den Rotor mit einer viel geringeren Masse tragen und bei höheren Drehzahlen arbeiten. Dennoch sind ihre Kosten immer noch unerschwinglich.
Um den Rotoreisenverlust von PMSMs weiter zu reduzieren, ist es notwendig, die Einbauparameter der Permanentmagnete zu optimieren. Dies kann durch die Anwendung einer neuen Methode zur Analyse und Optimierung der Wirbelstromverteilung der Magnetkreise erreicht werden. Diese Methode verwendet eine Kombination aus dem Finite-Elemente-Modell und einem vereinfachten physikalischen Modell. Das resultierende Modell eignet sich zur Berechnung des Temperaturfelds eines doppelschichtigen HSPMM vom V-Typ unter verschiedenen Bedingungen.
Im Gegensatz zu früheren Forschungen, die sich auf die Änderung der Rotor- und Statorstrukturen oder des Kühlmodus konzentrieren, um die Betriebstemperatur des HSPMM zu senken, sind bei dieser Methode keine strukturellen Änderungen erforderlich. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Reduzierung des Kupfer- und Eisenverlusts durch Änderung der Einbauparameter der Permanentmagnete. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse dieser Methode durch den Vergleich der elektromagnetischen Modelle des HSPMM mit denen des ETCM verifiziert. Wie in Abb. 7 liegt die Konvergenzgenauigkeit zwischen FEA und MEC über 0,95, was bedeutet, dass diese Methode beim elektromagnetischen Berechnungsprozess von HSPMMs viel Zeit einsparen kann. Darüber hinaus wurde die konvergente Genauigkeit auch anhand der experimentellen Ergebnisse eines Testmodells verifiziert. Diese Ergebnisse zeigen, dass die in diesem Artikel vorgeschlagene ETCM-Methode und die Temperaturfeldoptimierungsmethode zuverlässig und effizient sind.
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