Volumenoptimierte Transformatoren zur berührungslosen Energieübertragung in Erregersystemen für Synchronmaschinen

Autor: Henrik Krupp

ISBN: 978-3-69030-047-6

Dissertation, Leibniz Universität Hannover, 2025

Herausgeber der Reihe: Bernd Ponick, Axel Mertens

Band-Nr.: IAL 03/2025

Umfang: 186 Seiten, 60 Abbildungen

Schlagworte: Drehübertrager, Schleifring-Kohlebürste-System, Synchronmaschine, Transformator, Optimierung, Wirbelströme, Folienwicklung, Filamentmethode

Kurzfassung: In elektrisch erregten Synchronmaschinen (EESM) für Fahrzeuganwendungen sind Schleifring-Kohlebürstensysteme zur Versorgung der Rotorwicklung aufgrund der hohen Drehzahlen (>10.000 min-1) verschleißanfällig. Kontaktlose Energieübertragungssysteme, die rotationssymmetrische Transformatoren (sog. „Drehübertrager“) nutzen, sind eine Alternative.

Im ersten Teil dieser Arbeit werden mit einem Optimierungsmodell pareto-optimale Auslegungen für einen Beispiel-Drehübertrager ermittelt. Die Optimierung bestimmt die Maße des Kerns und der Wicklungen für gegebene elektrische und thermische Anforderungen und berücksichtigt den in der EESM verfügbaren Bauraum. Das Optimierungsmodell kann mit geringem Aufwand für zwei alternative Bauformen des Drehübertragers angepasst werden.

Im zweiten Teil wird mit Hilfe des Filamentansatzes und einer auf der Randelementmethode basierenden Feldentwicklung ein Verlustberechnungsmodell für die zuvor bestimmten Auslegungen vorgestellt.

Alle Modelle und Berechnungsmethoden sind weitestgehend so präsentiert, dass sie für Optimierungen anderer induktiver Bauteile möglichst einfach übertragbar sind.