Konstruktion, Auslegung und Simulation elektrischer Antriebe

Elektromagnetische Auslegung

© Fraunhofer IFAM

Feldbild der Induktionsverteilung einer Synchronmaschine

Die elektromagnetische Auslegung von elektrischen Maschinen wie Synchron- und Asynchronmaschinen gehört zu den Kernkompetenzen der Abteilung »Elektrische Antriebe«. Analytische und numerische Berechnungsverfahren werden zur Dimensionierung der elektrischen Maschine hinsichtlich der optimalen Ausnutzung des Bauraums herangezogen. Als Simulationssoftware stehen dafür ANSYS Maxwell für 2D und 3D Simulationen zur Verfügung. Dadurch lassen sich detaillierte Berechnungen zu komplexen Verhältnissen wie z. B.

  • Nichtlinearitäten durch Sättigungseinflüsse
  • Stromverdrängungen in den Leitern
  • Wirbelstromverluste in leitfähigen Gebieten
  • Drehmomentwelligkeit infolge parasitärer Oberwellen

durchführen. Die anschließend auf Basis der Simulationsergebnisse generierten wirkungsgradoptimierten Kennfelder unter Berücksichtigung aller Verlustmechanismen geben erste Abschätzungen von Energieverbräuchen in realen Lastprofilen bzw. Normzyklen.

Thermische Auslegung

Thermografieaufnahme einer gegossenen Spule
© Fraunhofer IFAM

Thermografieaufnahme einer gegossenen Spule

Für eine optimale Auslegung elektrischer Maschinen gehört zusätzlich dessen thermische Betrachtung. Zum Portfolio zählen die

  • Entwicklung von thermischen Ersatzmodellen und thermische Simulationen
  • Bewertung fertigungstechnischer Einflüsse auf das thermische Verhalten (insb. Nutisolation, Füllfaktor, thermische Anbindung Gehäuse)
  • Entwicklung von Kühlkonzepten für elektrische Maschinen mit Wasser- und Luftkühlung
  • Messtechnische Validierung von Modellen und Maschinenverhalten durch thermografische Messungen

Konstruktion und mechanische Auslegung

CAD-Gesamtmodell eines Radnabenmotors.
© Fraunhofer IFAM

CAD-Gesamtmodell eines Radnabenmotors.

Die mechanische Auslegung und Konstruktion von Gehäusekomponenten und Blechpaketen elektrischer Maschinen ist ein weiterer Bestandteil dieser Abteilung. Dazu gehören die

  • fertigungsgerechte Gestaltung, insbesondere für hoch produktive Gießverfahren
  • Auslegung von Pressverbänden hinsichtlich Temperatur und Drehmomentübertragungsfähigkeit
  • numerische Berechnung der mechanischen Festigkeit des Gesamtsystems unter realen Lasteinflüssen

Für diese Arbeitsgänge kommt die CAD-Software CATIA V5 sowie Abaqus von Dassault Systèmes zum Einsatz.