Synthesis of permanent magnet synchronous machines for analyzing and enhancing performance characteristics of electric drive systems

Abstract

Die vorliegende Arbeit setzt sich zum Ziel, ausgehend von den Systems Engineering Prozessen die Analysemethode von Antriebssträngen für batterieelektrische Fahrzeuge zu erweitern, indem eine neuartige Methode zur Synthese von permanentmagneterregten Synchronmaschinen vorgeschlagen wird. Mithilfe des flexiblen parametrischen und funktionalen Ansatzes lassen sich sowohl geometrische als auch technische charakteristische Größen in Verbindung mit den charakteristischen Größen der elektrischen Maschine, respektive des elektrischen Antriebsstrangs, bringen. Die robuste Abbildung in mathematischen Surrogate Modellen ermöglicht die Analyse und Optimierung von großen Such- und Lösungsräumen. Mehrere anwendungsnahe Studien verdeutlichen die Vorteile dieses Ansatzes und diskutieren auf der Grundlage die resultierenden Ergebnisse in einem globalen Kontext. Verifizierung und Validierung der vorgestellten Methode erfolgen umfänglich am Beispiel eines Hardware Prototypen einer elektrischen Maschine.

The present work aims to extend the analysis method of propulsion systems for battery electric vehicles, starting from the systems engineering processes, by proposing a novel method for the synthesis of permanent magnet excited synchronous machines. Using the flexible parametric and functional approach, both geometric and technical characteristic quantities can be related to the characteristic quantities of the electrical machine, respectively the electric propulsion system. The robust representation in mathematical surrogate models enables the analysis and optimization of large search and solution spaces. Several applied studies illustrate the advantages of this approach and, based on it, discuss the resulting outcomes in a global context. Verification and validation of the presented method is done extensively on the example of a hardware prototype of an electrical machine.