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Auslegung und Optimierung elektrischer Motoren

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Entwicklungswerkzeuge zur Optimierung

Altair, ein Softwareanbieter und Entwicklungsdienstleister mit deutschem Hauptsitz in Böblingen, bietet eine breite Palette an Entwicklungswerkzeugen, welche die benötigten Disziplinen und vor allem deren erforderlichen Kopplungen abdecken. Mit den Tools können thermische, elektromagnetische und strömungstechnische Betrachtungen (Flux, FEKO, Acu Solve), strukturmechanische Simulationen und Optimierungen (Hyper Mesh, Opti Struct,Hyper Study) und Systemmodellierungen und Embedded Code Entwicklungen (Solid Thinking Compose, Activate und Embed) durchgeführt werden, um nur einige der Werkzeuge und Anwendungen zu nennen. Für die Entwicklung eines elektrischen Antriebes hat das Unternehmen vor kurzem Flux Motor, eine spezielle Plattform für die Vorentwicklung elektrisch angetriebener Maschinen, veröffentlicht. Für Motorenspezialisten ist Flux Motor ein ebenso einfaches wie effizientes Werkzeug, um Maschinen innerhalb von Minuten auszulegen und ihr technisches und wirtschaftliches Potenzial zu beurteilen.

Auslegung von Elektromotoren

Bei der Entwicklung eines Elektromotors zeigt sich, wie wichtig ein multidisziplinärer Ansatz ist, um den Anforderungen bezüglich Baugröße und Gewicht, Lebensdauer, Temperaturunempfindlichkeit, Sicherheit, Wirkungsgrad und nicht zuletzt beim Preis gerecht zu werden. Nur mit einer ganzheitlichen Betrachtung können Ingenieure die optimale Kombination aus geringem Gewicht und hoher Leistung erzielen. Insbesondere müssen die vorherrschenden thermischen und elektromagnetischen Wechselwirkungen sauber abgebildet sein, da z.B. eine höhere Temperatur zu einem größeren Spulenwiderstand und gleichzeitig zu einer niedrigeren Remanenzinduktion führt. Eine präzise thermische Analyse und die Kopplung zur Elektromagnetik gehören daher zu den Schlüsselfaktoren eines erfolgreichen Motordesigns.

Bei der simulationstechnischen Abbildung der physikalischen Vorgänge ist jedoch zu beachten, dass die elektromagnetische Analyse andere Antwortzeiten liefert als die thermische. Daher werden für die Kopplung meist die durchschnittlichen Werte einer magnetischen Periode für joulesche und ferromagnetische Verluste extrahiert und als Eingabegrößen für eine transiente thermische Analyse verwendet. Anschließend erfolgt die Berechnung der Temperatur in den verschiedenen Komponenten des Motors, deren Ergebnisse wiederum als Eingabegrößen für den nächsten elektromagnetischen Analyseschritt dienen.

Um die Berechnungszeiten dieser recht aufwändigen Simulationen zu verkürzen, kommen in der Regel Vereinfachungen im Modell zum Einsatz. So lassen sich die Modelle durch Ausnutzung von Symmetrien der Komponenten signifikant verkleinern, ohne dass dafür auf die Genauigkeit der Ergebnisse verzichtet werden müsste.

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