Multidisziplinäre Modellierung und Simulation eines Rolling Rotor Switched Reluktanz Antriebes

Elektrische Maschinen sind Teil des Antriebsstranges. Durch ihr Grundprinzip und den damit verbundenen charakteristischen Merkmalen entstehen Interaktionen, die das Verhalten des gesamten Antriebsstranges beeinflussen [Mül94]. Aus diesem Grund müssen die Eigenschaften elektrischer Maschinen bei der Auslegung eines Antriebsstranges berücksichtigt werden. Ein kompletter Antriebsstrang besteht aus Komponenten, die unterschiedlichen physikalischen Fachdisziplinen zugeordnet werden. Damit eine Gesamtsystemuntersuchung durchgeführt werden kann, ist eine multidisziplinäre Simulationsumgebung notwendig [Kah04]. Diese Arbeit beschreibt die wissenschaftliche Analyse eines Antriebsstranges in einer multidisziplinären Simulationsumgebung. Dazu wird als Beispiel ein Rolling Rotor Switched Reluktanz Motor (RRSRM) als Teil des Antriebsstranges untersucht. Der RRSRM gehört zu den geschalteten Reluktanzmotoren und wurde erstmals durch A. I. Moskwitin beschrieben [Rei+95]. Ein markantes Merkmal ist der zum Stator dezentral gelagerte Rotor. Aufgrund der dezentralen Lagerung wird eine Abrollbewegung des Rotors realisiert. Diese Bewegung verursacht ein zeit- und ortsveränderliches magnetisches Feld, welches Einfluss auf das Verhalten des gesamten Antriebsstranges hat. Aus diesem Grund muss bei der Systemanalyse des Motors das magnetische Feld berücksichtigt werden. Grundlage bildet hierbei eine für alle physikalischen Domänen einheitliche Methodik. Dazu wird eine Abstraktion der physikalischen Zusammenhänge in Netzwerkelemente durchgeführt. Diese Elemente werden durch domänenspezifische Potenzial- und Flussgrößen charakterisiert. Die Beschreibung wird mit der objektorientierten Modellierungssprache Modelica durchgeführt. Modelica ermöglicht durch die objektorientierte Beschreibung einen sehr guten strukturierten Entwurf von komplexen multidisziplinären Modellen. Im Rahmen der Modellentwicklung liegen die Schwerpunkte auf den elektromagnetischen Koppelungen, auf der Modellierung des magnetischen Feldes und auf der Beschreibung der Kräfte aufgrund des dezentral zum Stator gelagerten Rotors. Zudem wird der prinzipielle Entwurf der Leistungselektronik unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Rolling Rotor Switched Reluktanz Motors, beschrieben.