Systematische Optimierung von elektrischen Linearmaschinen für den Einsatz in Freikolbenmotoren

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• Verlag: Cuvillier Verlag
• Jahr: 2024
• eBook-ISBN:
  9783689520427
• ISBN drucken:
  9783689520274
• Auflage: 1

Freikolbenmotoren zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität des eingesetzten Brennstoffs aus. In Kombination mit einem Lineargenerator bieten diese die Möglichkeit, unterschiedliche Gaszusammensetzungen in elektrische Energie zu wandeln. Diese Arbeit analysiert und bewertet die Energiewandlung in einem Freikolbenmotor, wobei ein besonderer Fokus auf der Optimierung der elektrischen Linearmaschine liegt. Eine ganzheitliche Systemanalyse beschreibt die mechanischen, thermodynamischen und elektrischen Eigenschaften, die sich aus dem Zusammenspiel von Verbrennungsprozess, Gasfeder, Reibung und Lineargenerator ergeben. Damit wird der Einfluss verschiedener Parameter auf das Betriebsverhalten des Freikolbenmotors aufgezeigt.Basierend auf der Systemanalyse erfolgt die Auslegung und Optimierung des Lineargenerators. Verschiedene Topologien, einschließlich permanentmagneterregter Synchronmaschinen, flussmodulierter Maschinen wie Vernier- und Flux-Switching-Maschinen sowie Reluktanz- und Transversal Flussmaschinen, werden dazu evaluiert. Zur Berücksichtigung der gegensätzlichen Optimierungsziele, die sich aus der Anwendung ergeben, werden multikriterielle Optimierungen durchgeführt.

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung
• 1.1 Motivation
• 1.2 Zielsetzung
• 1.3 Gliederung
• 2 Die Freikolbenmaschine
• 2.1 Bauweisen
• 2.2 Besonderheiten
• 2.3 Stand der Technik und Wissenschaft
• 3 Systemmodellierung
• 3.1 Entwicklung des Modells
• 3.2 Modellierung der Einzelkomponenten
• 3.3 Fazit der Systemmodellierung
• 4 Analyse des Gesamtsystems
• 4.1 Definition geometrischer Abmessungen
• 4.2 Einfluss der zugeführten Wärmemenge
• 4.3 Analyse möglicher Betriebsstrategien
• 4.4 Einfluss der oszillierenden Masse
• 4.5 Kenngrößen der Systemmodellierung
• 4.6 Anforderungen an die elektrische Maschine
• 4.7 Bewertung und Fazit der Gesamtsystemanalyse
• 5 Auslegung und Optimierung der elektrischen Linearmaschine
• 5.1 Struktur elektrischer Linearmaschinen
• 5.2 Einordnung der Linearmaschinen-Topologien für den Einsatz in Freikolbenmotoren
• 5.3 Randbedingungen und Ziele des Maschinenentwurfs
• 5.4 Modellentwurf der elektrischen Linearmaschine
• 5.5 Optimierung der elektrischen Linearmaschinen
• 5.6 Auswertung der Optimierungsergebnisse
• 5.7 Fazit zur Optimierung der elektrischen Linearmaschine
• 6 Zusammenfassung und Ausblick
• A Anhang
• A.1 Herleitung der Fourier-Koeffizienten von Flussdichte undStrombelag
• A.2 Parameter der Kühlkonzepts
• A.3 Kennlinien magnetischer Materialien
• A.4 Wicklungskonfigurationen der optimierten Linearmaschinen
• A.5 Optimierungsergebnisse: Darstellung der Pareto-Flächen
• A.6 Tabellarischer Überblick der Optimierungsergebnisse
• Literatur
• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• Symbolverzeichnis