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3-dimensionale
Modellerstellung und Berechnung einer Asynchronmaschine mit Käfigläufer mit
exzentrischem Rotor
 Die Verwendung
elektrischer Antriebe im Kfz-Bereich nimmt stetig zu. Sie bedürfen geringer
Wartung und besitzen ein geringeres Volumen und Gewicht als mechanische
Systeme. Auch für die Servolenkung kann statt eines hydraulischen ein
elektrischer Antrieb eingesetzt werden. Aufgrund der robusten und
kostengünstigen Bauform und der Systemsicherheit im Falle eines
Windungsschlusses wird dabei eine Asynchronmaschine mit Käfigläufer einer Permanentmagnet
erregten Synchronmaschine vorgezogen.
Bei der Fertigung der Asynchronmaschine ist
mit Toleranzen zu rechnen, durch die eine exakte zentrische Lage des Rotors
nicht gegeben ist. Durch diese exzentrische Lage entstehen erhebliche
Rüttelkräfte in der Maschine, welche sich negativ auf die Laufruhe und damit
die Schallabstrahlung auswirken. Es entstehen Geräusche, die zwar mechanisch
unbedenklich sind, aber vom Kunden als störend empfunden werden, nicht
zuletzt deswegen, weil es sich um neuartige Geräusche handelt, die keiner
herkömmlichen Quelle zugeordnet werden. Bei der Entwicklung einer
elektrischen Lenkhilfe gilt es, störende Lärmquellen zu identifizieren und
wenn möglich auszuschalten.
Um die Kraftanregungen, die zur
Geräuschentstehung führen, abschätzen zu können, werden neben zentrischen
auch exzentrische Maschinenmodelle berücksichtigt. Eine solche
Fehlerbetrachtung beinhaltet die Durchführung einer elektromagnetischen
Feldberechnung der Asynchronmaschine, einer strukturdynamischen und
akustischen Rechnung. Die elektromagnetische Berechnung ist Bestandteil
dieser Arbeit.
Hierzu werden parametergestützte,
exzentrische finite Elemente 2D- und 3D-Modelle der Asynchronmaschine mit
Käfigläufer erstellt. Ergebnisse der 2D-Rechnung werden für die 3D-Simulation
verwendet. Anschließend wird für beide Fälle eine Spektralanalyse
durchgeführt und die Resultate miteinander verglichen. Besondere
Berücksichtigung erfährt hierbei die Einschränkung durch den Rechenaufwand
der 3D-Rechnung, wo aufgrund der Größe der Modelle die Kräfte und das
Drehmoment der Maschine gröber abgetastet werden müssen.
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