Analysis and further development of electrical three-phase multi-rotor machines

Abstract

This work presents the analysis and further development of the Planetary Motor, a novel concept of an electrical three-phase multi-rotor machine. Increasing the power density of electric machines has been a subject of research for many years. To reach this goal, many scientific publications present improvements in the applied materials, cooling systems and also novel machine topologies. The Planetary Motor is a novel machine concept which allows the integration of multiple rotors in a shared stator- and winding system as well as a gear box unit. Through this combined approach, the Planetary Motor offers a potential to increase the power density of electric machines.The current work intends to provide the theoretical basics of the Planetary Motor. Based on a review of existing work on this subject, the objectives for the next generation of Planetary Motor prototypes are defined. The entire development process is based on finite-element simulations and verified by experimental results.

Diese Arbeit befasst sich mit der Analyse und Weiterentwicklung des Planetenmotors, einem neuartigen Konzept einer dreiphasigen elektrischen Multi-Rotor Maschine. Der Trend zu elektrischen Maschinen mit hoher Leistungsdichte ist seit vielen Jahren Gegenstand der Forschung. Um dieses Ziel zu erreichen, befassen sich viele wissenschaftliche Arbeiten dabei unter anderem mit der Weiterentwicklung der verwendeten Materialien, mit neuartigen Kühlkonzepten sowie Maschinentopologien. Der Planetenmotor ist dabei ein besonderes Maschinenkonzept, welches durch die Integration von mehreren Rotoren in einem verkoppelten Stator- und Wicklungsystem sowie einer Getriebeeinheit die Leistungsdichte von elektrischer Maschine und Getriebe steigern kann. In der vorliegenden Arbeit werden die theoretischen Grundlagen zum Planetenmotorkonzept dargelegt. Weiters werden die Ergebnisse der bisherigen Arbeiten zu diesem Maschinenkonzept präsentiert und darauf basierend die Ziele für die nächste Prototypgeneration formuliert. Die vorgestellte Entwicklung zwei neuer Prototypen wird ausführlich mittels simulationsbasierten Ergebnissen beschrieben und mit experimentellen Versuchen geprüft.