Methodische Auslegung rotierender induktiver Energieübertragungssysteme für elektrische Traktionsmaschinen

In dieser Arbeit wird anhand eines entwickelten Verfahrens ein rotierendes, induktives und resonantes Energieübertragungssystem für eine elektrisch erregte Synchronmaschine entworfen, in diese integriert und betrieben. Beginnend mit einer Vorstellung des aktuellen Forschungsstandes im Bereich der induktiv elektrisch erregten Synchronmaschine werden im Anschluss die identifizierten Themengebiete im Bereich der Systemtopologie, der Geometrie des Spulensystems, der Leistungselektronik sowie der Steuerung und Regelung behandelt. Im Bereich der Systemtopologie wird anhand eines analytischen Verfahrens eine Methode aufgezeigt, mit welcher jeweils eine geeignete Topologie in Abhängigkeit von der magnetischen Kopplung identifiziert werden kann. Mit dem neuartigen Entwicklungsansatz werden die Auswirkungen von Harmonischen, von Verlusten sowie von einer Vertrimmung der Induktivitäten und Kapazitäten auf das Übertragungsverhalten betrachtet. Weiterhin werden methodisch verschiedene Spulenanordnungen in einem definierten Bauraumvolumen mit variabler Kantenlänge verglichen, um die jeweils geeigneten Geometrien für ein gegebenes Aspektverhältnis des Bauraumes zu identifizieren. Zusätzlich wird der Einsatz von neuartigen flussführenden und schirmenden Materialien untersucht, mit dessen Ergebnis eine Reduktion der Systemkosten erfolgen kann. Eine neuartige Methode zur sensorlosen sekundärseitigen Regelung des Rotorstromes sowie eine modellbasierte Ermittlung der Rotortemperatur werden auf Basis der erlangten Systemkenntnis ermöglicht und vorgestellt. Abschließend wird das entwickelte Verfahren anhand von durchgeführten Messungen am integrierten Energieübertragungssystem verifiziert.