Design and control of a four-pole planetary motor for automotive applications

Abstract

Diese Arbeit behandelt die Entwicklung, den Aufbau und die Regelung eines vierpoligen Planetenmotors basierend auf der ersten Publikation dieser neuartigen Maschinenstruktur von Manfred Schrödl im Jahr 2017. Ausgehend von ersten Entwürfen der vierpoligen Variante wurde die Ma\-schi\-ne konstruiert, sowie die mathematische Herleitung dieser Maschinenstruktur formuliert. Kapitel 1 beschreibt die Ursprünge des Planetenmotors und die Motivation für diese Arbeit. In Kapitel 2 werden die mathematischen Grundlagen hergeleitet und ein neues Konzept zur mechanischen Feldschwächung erklärt. Nach den Grundlagen wird in Kapitel 3 die analytische und simulationsbasierte Auslegung der Maschine behandelt. Die Konstruktion und der Aufbau sind im Anhang dokumentiert und der fertige Prototyp, der Prüfstandsaufbau und die Regelungsstrategie werden kurz in Kapitel 4 gezeigt. Die Messergebnisse werden in Kapitel 5 mit den Ergebnissen aus den Simulationen verglichen. Abschließend folgt noch eine Zusammenfassung und ein Ausblick auf zukünftige Arbeiten in Kapitel 6.

This thesis describes the development of a four-pole Planetary Motor, a novel machine structure based on the first published work by Prof.~Manfred Schrödl in 2017. The underlying work stretches from the first design sketches on paper, over the theoretical basics of the machine to a fully functional prototype of the Planetary Motor. Chapter 1 gives an introduction about the origins and the motivation behind this machine concept. In Chapter 2 the mathematical theory of this electric machine is derived and a new concept of mechanical field weakening is introduced. The theoretical basis is followed by chapter 3, which guides the reader step by step through the analytical and simulation based design of the Planetary Motor. The construction of the motor is documented in the appendix, therefore chapter 4 only provides an overview of the finished prototype, the measurement setup and the control structure. Chapter 5 summarizes all measurements and connects these results to the previously simulated design. Finally, a conclusion and an outlook is given in Chapter 6.