Methodischer Entwurf toleranzbehafteter induktiver Energieübertragungssysteme

Die Arbeit befasst sich mit dem Forschungsgegenstand des methodischen rechnergestützten Entwurfes kontaktlos induktiver Übertragungssysteme.

Nach einer Einführung in die Thematik und einer Einordnung vorangehender wissenschaftlicher Beiträge widmet sich die Arbeit zunächst dem induktiven Übertragungssystem. Für dessen systematische und effiziente Auslegung wird eine Entwurfsstrategie vorgestellt, welche, über die sequenzielle und iterative Ausführung modularer Berechnungsschritte, das Finden geeigneter Systemparameter ermöglicht. Den Kern der einzelnen Berechnungsschritte bildet die Beschreibung der Komponenten des Übertragungssystems, für die vom Verfasser verschiedene analytische und numerische Verfahren erarbeitet werden.

Zur Steigerung der Übertragungseffizienz werden auf der Basis des erweiterten T Ersatzschaltbildes mögliche Strategien zur Kompensation der Streuinduktivitäten untersucht. Im Vergleich zum Stand der Forschung werden diese auch unter Berücksichtigung verschiedener Abgleichbedingungen für die Resonanzkondensatoren, unter Berücksichtigung von sowohl Spannung- als auch Strom einprägender Einspeiseelektronik sowie unter Berücksichtigung der Wicklungswiderstände bewertet und günstige Verfahren abgeleitet. Anhand einer günstigen Anordnung lassen sich, durch eine verallgemeinerte Analyse, applikationsspezifische Arbeitspunkte festlegen sowie limitierende Faktoren der Energieübertragung postulieren. In diesem Zusammenhang zeigt der Verfasser, dass für den Entwurf die Beschreibung mittels Koppelfaktor nicht hinreichend ist, sondern unter Berücksichtigung der Haupt- und Streuinduktivitäten erfolgen muss.

Als notwendiger Bestandteil des gesamten Übertragungssystems erfolgt eine Zusammenstellung möglicher leistungselektronischer Schaltungen für die Einspeise- und die Verbraucherseite des kontaktlosen Übertragungssystems. Unter Berücksichtigung des Entwurfes toleranzbehafteter Systeme werden zum einen Vor- und Nachteile dieser Schaltungen beleuchtet und zum anderen Untersuchungen der elektromagnetischen Störaussendung anhand einer typischen Konfiguration durchgeführt und Vorschläge zu deren Reduzierung unterbreitet.