In dieser Arbeit wird eine rotierende induktive kontaktlose Energieübertragungsstrecke zur Übertragung von Energie auf den Rotor einer elektrisch erregten Synchronmaschine entworfen, aufgebaut und in Betrieb genommen.
Zunächst werden die Theorie und der Betrieb der elektrisch erregten Synchronmaschine betrachtet und daraus Anforderungen für die rotierende Energieübertragungsstrecke abgeleitet. Für den Betrieb der elektrisch erregten Synchronmaschinewerden aus den, auf Messdaten basierenden, Maschinenparametern wirkungsgradoptimale Stromverteilungen für alle Arbeitspunkte bestimmt und als Kennfelder in der Regelung hinterlegt. Außerdem werden die theoretischen Grundlagen der kontaktlosen induktiven Energieübertragung und die in der Schirmung auftretenden Wirbelstromverluste in Abhängigkeit der Frequenz und der Materialparameter betrachtet.
Weiterhin werden die elektrischen Parameter des kontaktlosen induktiven Energieübertragungssystems ausgelegt. Dabei wird berücksichtigt, dass das System ohne Stromsensor auf der Sekundärseite arbeiten soll. Die Komponenten werden so ausgelegt, dass eine konstante Übertragungsfunktion vorliegt und der sekundärseitige Strom von der Primärseite aus geregelt werden kann.
Für den mechanischen Aufbau des Systems wird zunächst eine geeignete Geometrie für die Übertragungsstrecke festgelegt. Auf Basis dieser Geometrie wird der Magnetkreis der Energieübertragungsstrecke ausgelegt und mittels 2D- und 3D-FEM berechnet.
Anhand von Messungen werden die Theorie, die Systemauslegung und die Berechnungen verifiziert. Dazu werden verschiedene Prototypen aufgebaut und vermessen. Abschließend wird ein rotierender Prototyp an die elektrisch erregte Synchronmaschine angebaut, um das Gesamtsystem auf dem Prüfstand zu vermessen und zu verifizieren.
Aktualisiert: 2020-08-27
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In dieser Arbeit wird die geeignete Schutzmaßnahme vor metallischen Fremdkörpern (FK) für induktive Ladesysteme (ILS) im Automotive Umfeld untersucht.
Zur Bestimmung der Schwelle der Gewährleistung eines sicheren Betriebs ohne FK-Detektion wurde die Temperatur des FK als Gefahr für Hautverbrennungen und Entzündungen passiver FK ermittelt. Aus der aufgestellten Ursache-Wirkungskette (UWK) wird eine Flussdichteschwelle als abgeleiteter Grenzwert ermittelt, unterhalb derer ein sicherer Betrieb ohne Detektionsmaßnamen gewährleistet ist. Es werden Maßnahmen zur Optimierung des ILS abgeleitet und untersucht.
Für FK-Detektionssysteme, welche keine hundertprozentige Genauigkeit bei kleinen FK bieten, wurde exemplarisch eine absolute Flussdichteschwelle ermittelt.
Ein eigens entwickeltes und neuartiges Bewertungsverfahren für Detektionsverfahren greift auf die Erkenntnisse der UWK zurück und verwendet eigens definierte Kriterien, mithilfe derer der Stand der Technik bezüglich der Detektion untersucht wird. Hierbei ist eine ganzheitliche Bewertung aus verschiedenen Blickwinkeln (Forschung, Industrie) möglich.
Die in der internationalen Normung (SAE J2954, IEC 61980) bekannten Vorgaben, hinsichtlich des Detektionsraums und der Maximaltemperatur, werden durch die Erkenntnisse dieser Arbeit als zu hoch und anpassungsbedürftig bewertet.
In dieser Arbeit wurde zur Optimierung des Standes der Technik bei den Detektionsverfahren ein neuartiges, sehr sensitives und genaues Detektionsverfahren entwickelt. Außerdem wurde anhand dieses Verfahrens aufgezeigt, wie ein beliebiges elektrisch/magnetisches Verfahren in der Ausführung optimiert werden kann.
Die Flussdichteschwelle wird, nach einer erfolgreichen Detektion, als inhärent sichere Rückfallebene für reduzierte Ladeleistung empfohlen.
Aktualisiert: 2020-07-02
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