Numerische Berechnung und Optimierung einer Asynchronmaschine mit Käfigläufer zur elektrischen Lenkunterstützung im Kfz

Die als elektrischer Lenkhilfeantrieb im Kfz eingesetzte Asynchronmaschine mit Käfigläufer ASM86x75 wird in dieser Arbeit hinsichtlich ihres elektromagnetischen und strukturdynamischen Verhaltens numerisch simuliert. Es werden die für den Einsatz der Finiten-Elemente-Methode (FEM) erforderlichen Modelle beschrieben und die Auswertungsmethoden erläutert. Eine neue Transformationsroutine wird entwickelt, die die Oberflächenkraftdichte der 2-dimensionalen, elektromagnetischen Modelle auf das 3-dimensionale, mechanische Modell transformiert. Die neue Methode ermöglicht es nun zum ersten Mal, eine Vielzahl von strukturdynamischen Simulationen in einem sinnvollen Zeitrahmen durchzuführen, deren limitierender Faktor bisher die 3-dimensionale, elektromagnetische Simulation war. Die ASM86x75 ist über die Lenksäule mit dem Fahrgastinnenraum verbunden. Messungen zeigen, dass die ASM86x75 unerwünschte Geräusche erzeugt. Zur Geräuschreduzierung wird auf der Basis der elektromagnetischen Resultate eine Optimierung der Geometrie vorgenommen. Dabei werden die Rotomutzahl, der Schrägungswinkel der Rotomuten und die Statorzahngeometrie betrachtet und der Serienmotor entsprechend gefertigt. Daher werden einige die Geometrie und damit die Qualität der ASM86x75 negativ beeinflussende Produktions vorgänge eingesetzt. Die resultierenden geometrischen Fehler treten als Exzentrizitäten, Stanzkerben in den Statorzähnen und Wuchtkerben in den Rotorzähnen sowie Lunker in den Rotorstäben auf. Durch die Kopplung der elektromagnetischen mit der mechanischen Simulation werden in dieser Arbeit die Auswirkungen dieser Fehlstellen ausführlich untersucht. Die Ergebnisse der strukturdynamischen Simulationen erlauben es abzuschätzen, welche Maßnahmen zu ergreifen oder zu unterlassen sind, wenn das Körperschallverhalten der ASM86x75 verbessert werden soll. Die in der Arbeit präsentierten Analysen ermöglichen ein tieferes Verständnis für die elektromagnetischen und mechanischen Vorgänge in einer ASM im Allgemeinen und der ASM86x75 im Speziellen.