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Kurzfassungn
DREIDIMENSIONALE NICHTLINEARE BERECHNUNG
VON WIRBELSTROMKUPPLUNGEN
Die Arbeit befaßt sich mit dem Problem der Vorausberechnung und
optimalen Bemessung von Wirbelstromkupplungen. Durch eine dreidimensionale
und nichtlineare Berechnung konnte auf analytischem
Wege eine allgemeingültige Theorie entwickelt werden. Dabei wird
berücksichtigt, daß die Wirbelströme und die Felder im Ankerring
dreidimensional verteilt, entsprechend der Polanordnung oberwellenbehaftet
und einer starken Stromverdrängung unterworfen
sind. Die meßtechnische Überprüfung des berechneten Drehmoments in
Abhängigkeit von der Erregung, der Drehzahl und der Ankerringtemperatur
zeigt gute Resultate.
Die vorliegende Arbeit ist während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher
Mitarbeiter am Institut für elektrische Maschinen und
Antriebe der Universität Stuttgart entstanden.
Mein Dank gilt dem Institutsleiter Herrn Prof. Dr. H.J. Gutt für
die Aufnahme und die Förderung dieser Arbeit sowie für die Übernahm
« des Hauptreferates. Dank seiner Bemühungen ist mein, für
diese Arbeit wichtiger Studienaufenthalt bei Prof. Dr. E.J. Davies
in England zustande gekommen.
Meinen Kollegen und allen Beteiligten danke ich für wertvolle
Hinweise und Anregungen und in besonderem Maße Herrn Prof. Dr.
K. Feser, dem Leiter des Instituts für Energieübertragung und
Hochspannungstechnik für die Übernahme des Koreferates.
Der Geschäftsleitung der Firma Meyl und Ziesel Antriebstechnik
GmbH danke ich für die zur Verfügung gestellten Untersuchungsobjekte
und meiner Frau für ihre Hilfe und Geduld bei der Reinschrift
des Manuskripts.
Inhaltsverzeichnis
Formelzeichenverzeichnis
1. Einführung
1.1 Übersicht
1.2 Aufbau und Wirkungsweise
1.3 Besondere Eigenschaften
1.4 Betrachtungsweisen
2. Probleme bei der Berechnung von Wirbelstromkupplungen
2.1 Voraussetzungen
2.2 Vernachlässigungen
2.2.1 Hystereseverluste (I)
2.2.2 Endliche Ankerringdicke (II)
2.2.3 Krümmung des Ankerrings (III)
2.3 Zu berücksichtigende Probleme
2.3.1 Temperatureinfluß (IV)
2.3.2 Dreidimensionalität (V;VI;VII)
2.3.3 Nichtlinearität (VIII)
2.3.4 Oberwellen (IX;X)
2.4 Fourierzerlegung der Luftspaltflußdichte
2.5 Handelsübliche Klauenpolformen
2.6 Empirisch-günstige Polform
2.7 Luftspaltfluß
3. Dreidimensionale Berechnung des Wirbelstromfeldes
3.1 Herleitung der Feldgleichung
3.2 Stromdichtevektor
3.3 Allgemeine Lösung der Differentialgleichungen
3.4 Randbedingungen
3.5 Wirbelstromverteilung
3.6 Räumliches Feldlinienbild der Wirbelströme
3.7 Dreidimensionale Feldstärkeverteilung
3.8 Induktionslinien im Wirbelstromzylinder
4. Drehmomentberechnung
4.1 Luftspaltinduktion
4.2 Oberwellenspektren
4.2.1 Testkupplungen
4.2.2 Handelsübliche Kupplungen
4.3 Wirbelstromverluste
4.3.1 Laufvariable m=0
4.3.2 Laufvariable m=l,3,5...
4.4 Drehmoment
4.5 Größe der Induktion
5. Nichtlineare analytische Beschreibung
5.1 Variable Permeabilität
5.2 Amplituden der Feldstärkevektoren
5.3 Approximation
5.4 Nichtlineare Oberwellenbeschreibung
5.5 Lösung des Nichtlinearen Problems
6. Messtechnische Überprüfung
6.1 Fünf Untersuchungsobjekte
6.2 Drehmomentmessung und -berechnung
6.3 Oberwellenspektrum des Drehmoments
6.4 Berechnung der Eindringtiefe
7. Magnetischer Kreis
7.1 Probleme
7.2 Ankerringdurchflutung
7.3 Zeigerdiagramm
7.4 Ankerrückwirkung
7.5 Magnetisches Ersatzschaltbild
7.6 Erregerbedarf
7.6.1 Analytische Berechnung
7.6.2 Graphische Lösung
8. Überprüfung der vollständigen Theorie
8.1 Auswertung des magnetischen Kreises
8.2 Drehmomentauswertungen
8.2.1 Drei handelsübliche Kupplungen (Nr. 1-3)
8.2.2 Testkupplung ohne Endringe (Nr. 4)
8.2.3 Endringkupplung (Nr. 5)
8.3 Konstruktionsrichtlinien
8.3.1 Betriebsverhalten
8.3.2 Materialeigenschaften
8.3.3 Abmessungen
8.4 Wachstumsgesetze
9. Thermisches Verhalten
9.1 Temperaturabhängigkeit des Drehmoments
9.2 Messung der Temperaturabhängigkeit
Zusammenfassung
Literaturverzeichnis |
