Robust-Design-Optimierung von permanenterregten Synchronmaschinen

In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur Optimierung von permanentmagneterregten Synchronmschinen (PSM) unter Berücksichtigung von fertigungsbedingten Abweichungen vorgestellt. Es werden die Grundlagen der Mehrzieloptimierung sowie der Erweiterung auf eine Robust-Design-Optimierung erläutert. Der Einfluss von fertigungsbedingten Abweichungen auf die Drehmomentwelligkeiten einer PSM wird mit einer Kombination aus analytischen und numerischen Verfahren untersucht. Es wird ein allgemeines Verfahren vorgestellt, mit dem es möglich ist, die Robustheit einer PSM mit minimalem Simulationsaufwand innerhalb einer Mehrzieloptimierung zu berücksichtigen. Schwerpunkt der Arbeit ist dabei die Kombination zweier Methoden: einem Worst-Case-Ansatz und einer statistischen Toleranzanalyse mit Hilfe einer Überlagerung von Einzelfehlern. Durch den stark reduzierten Simulationsaufwand ist es möglich die Optimierung direkt mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulationen auf einem High-Performance-Computer-Cluster durchzuführen. Die Methode wird beispielhaft an einer PSM für den Einsatz als Lenkhilfeantrieb durchgeführt. Der Motor wird auf Materialkosten, minimale Drehmomentwelligkeiten und eine maximale Robustheit gegenüber fertigungsbedingten Abweichungen optimiert. Abschließend werden die Ergebnisse simulativ und messtechnisch validiert.