Optimale Auslegung von getriebelosen, permanentmagneterregten Windgeneratoren mit Zahnspulenwicklung und massivem Rotorjoch

Getriebelose Windgeneratoren mit Zahnspulen und massivem Rotorjoch sowie der Möglichkeit zum Weiterbetrieb bei teilweisem Umrichterausfall stellen eine besondere Herausforderung in der Auslegung dar. Zunächst wird untersucht, welche Zahnspulenwicklungen im Hinblick auf die zulässigen Rotorverluste geeignet sind. Nachdem entsprechende Wicklungsvarianten gefunden sind, wird die Maschinengeometrie optimiert. Dabei wird das Optimierungspotenzial, welches in den kurzen Wickelköpfen der Zahnspulenmaschine liegt, berücksichtigt. Nach der Optimierung erfolgt eine Nachrechnung der Verlustbilanz und eine Auswertung der magnetischen Geräuschanregung mithilfe von transienten, nichtlinearen Finite-Elemente-Simulationen.

Gearless wind generators with concentrated windings, massive rotor yoke and redundancy against inverter failure provide a challenging design task. First of all, suitable windings have to be found regarding the rotor losses due to eddy currents. After finding promising winding topologies, an optimization of the machine geometry is carried out utilizing the benefits of the short winding overhang due to the concentrated winding. Finally, a calculation of the efficiency and magnetic noise excitation is carried out for the chosen optimal machine designs by transient, non-linear finite element simulations.