TY - CHAP A1 - Oberdorf, Felix A1 - Moros, Sebastian A1 - Kempkes, Joachim ED - of Pécs, University T1 - MATLAB based automated and parameterized 3D-FEA modeling in ANSYS Maxwell T2 - 35th international Conference Science in Practice (SIP) Y1 - 2017 SN - 978-963-429-131-2 SP - 19 EP - 20 ER - TY - THES A1 - Moros, Sebastian T1 - Stromverdrängung in Formspulen elektrischer Maschinen unter Berücksichtigung des Wickelkopfes N2 - Der Einsatz von elektrischen Maschinen in Hybrid- und Elektrofahrzeugen bedingt besonders hohe Anforderungen bezüglich Leistungsdichte und Wirkungsgrad bei gleichzeitig hohen zu produzierenden Stückzahlen. Im Bereich der elektrischen Traktionsmaschinen für Kraftfahrzeuge haben sich in den vergangenen Jahren Wicklungen aus Formspulen (z. B. in der Ausführung als Hairpin-Wicklung) gegenüber herkömmlichen Einzugswicklungen aufgrund einiger spezifischer Vorteile weitgehend durchgesetzt. Die Kombination aus vergleichsweise großem Leiterquerschnitt der Formspulen und hoher Grundfrequenz der elektrischen Speisung führt aber dazu, dass die Stromverdrängung in der Wicklung im Allgemeinen nicht mehr vernachlässigbar ist und zu einer deutlichen Erhöhung der Stromwärme führen kann. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Stromverdrängung am Beispiel von Hairpin-Wicklungen und die Entwicklung einer hybriden Berechnungsmethode. Dazu werden zunächst die Ursachen der Stromverdrängung mit der eindimensionalen analytischen Berechnung betrachtet. Wie sich zeigen wird ist diese Methode bei den betrachteten, hochausgenutzten elektrischen Traktionsmaschinen jedoch nur eingeschränkt anwendbar, sodass die gewonnenen Erkenntnisse mit der 2D-FEM erweitert werden. Die entwickelte hybride Methode trennt die Berechnung der Stromwärme in den Spulenseiten der Nut von der Berechnung der Stromwärme in den Leitern des Wickelkopfes. Zur Berechnung der Stromverdrängung in den Spulenseiten der Nut wird zunächst die zeitveränderliche Längs- und Querkomponente des Nutstreufeldes mit einem magnetischen Ersatzschaltbild ermittelt und daraus die Stromverdrängung bzw. die zusätzliche Stromwärme in den Spulenseiten mit einem analytischen Ansatz berechnet. Die Stromverdrängung in den Leitern des Wickelkopfes wird mit der 3D-FEM untersucht und aus diesen Erkenntnissen wiederum eine hybride Berechnungsmethode entwickelt. In diesem Fall wird zur Berechnung des magnetischen Feldes im Stirnbereich das Gesetz von Biot-Savart numerisch gelöst und die Spiegelleitermethode angewendet. Die Wirbelstromdichte in den Leitern wird anschließend analytisch berechnet. Beide hybride Methoden werden in dieser Arbeit anhand von ungesehnten Hairpin-Wicklungen vorgestellt, sind aber grundsätzlich auf beliebige Anordnungen übertragbar. Den Abschluss der Arbeit bildet die Messung des magnetischen Feldes im Stirnbereich und die temperatur- und frequenzabhängige Messung des Stromverdrängungsfaktors bei einem Stator mit Hairpin-Wicklung. N2 - The application of electric machines in hybrid and full-electric vehicles necessitates high requirements in terms of power density and efficiency. At the same time high production volumes are needed. In the case of traction machines for vehicles, formwound windings (especially in its application as hairpin-windings) have prevailed in recent years over common insert-windings due to some specific advantages. However the combination of a relatively high cross-sectional area of form-wound windings with high fundamental frequencies has the consequence of current displacement within the winding that might cause a significant increase of Joule loss. The aim of this thesis is the investigation of current displacement within form-wound windings, especially in regards to hairpin-windings and the development of a hybrid method for its calculation. By this the origin of current displacement is investigated by the well-known one-dimensional analytical calculation. As will be shown the one-dimensional solution is only applicable to a limited extent to the considered highly-exploited electric machines for traction applications. Therefore 2D-FEA is used to extend the investigation. The developed hybrid method to calculate the additional Joule loss separates the calculation of current displacement within the coil sides of the stator’s slots and the calculation of current displacement within the end-winding’s conductors. The current displacement in the coil sides within the slots is fundamentally based on the calculation of slot’s magnetic leakage field and the evaluation of its time-varying longitudinal and transverse component by means of a magnetic equivalent circuit. The current displacement, respectively the additional Joule loss within the coil sides, is subsequently calculated by an analytical approach. Current displacement within the end-winding’s conductors is at first investigated by 3D-FEA to use these insights within an additional hybrid method. In this case the magnetic field in the end-region is calculated by the numerical solution of Biot- Savart’s law and the application of the Method of Images. The eddy currents within the conductors are then subsequently calculated by an analytical approach. Both hybrid methods are applied to full-pitch hairpin windings, however they are applicable to an arbitrary winding arrangement. Finally measurements of the time-varying magnetic field in the end-region as well as the measurement of the current displacement factor at varying frequency and temperature of a stator with hairpin-winding have been carried out. Y1 - 2025 U6 - https://doi.org/10.14279/depositonce-24659 PB - Technische Universität Berlin ER - TY - CHAP A1 - Moros, Sebastian A1 - Tenner, Stephan A1 - Kempkes, Joachim A1 - Schäfer, Uwe T1 - The influence of saturation on eddy currents in form-wound windings of electrical machines T2 - 2020 International Conference on Electrical Machines (ICEM) Y1 - 2020 SN - 978-1-7281-9945-0 U6 - https://doi.org/10.1109/ICEM49940.2020.9270894 SP - 1601 EP - 1607 ER - TY - CHAP A1 - Moros, Sebastian A1 - Kempkes, Joachim A1 - Tenner, Stephan T1 - Numerical Calculation of End-Coil’S Leakage Inductance for Concentrated and Hairpin Windings T2 - 2019 IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC) Y1 - 2019 SN - 978-1-5386-9350-6 U6 - https://doi.org/10.1109/IEMDC.2019.8785365 SP - 1144 EP - 1150 ER - TY - CHAP A1 - Oberdorf, Felix A1 - McFall, Kevin A1 - Moros, Sebastian A1 - Kempkes, Joachim T1 - A Gradient Descent Based Method For Maximum Efficiency Calculation T2 - 2018 International IEEE Conference and Workshop in Óbuda on Electrical and Power Engineering (CANDO-EPE) Y1 - 2018 SN - 978-1-7281-1154-4 U6 - https://doi.org/10.1109/CANDO-EPE.2018.8601126 SP - 201 EP - 206 ER -