Analyse und Modellierung

  Schnittkanteneffekte für Bleche Urheberrecht: IEM

Der thematische Schwerpunkt der Gruppe Analyse und Design besteht in der Untersuchung und Modellierung von Effekten des Magnetkerns und des Isolierstoffsystems und dem resultierenden Einfluss auf die Eigenschaften von elektrischen Maschinen. Die spezialisierte Charakterisierung sowie die Modellbildung und -kopplung im Bereich der magnetischen Materialien und Isolierstoffe ist die Kernkompetenz dieser Gruppe. Themen wie die Berücksichtigung der Fertigungseinflüsse in elektrischen Antrieben, Lebensdauervorhersage, Teilentladungen oder anisotrope Materialeigenschaften spiegeln sich in aktuellen Arbeitsschwerpunkten wider. Je nach Problemstellung werden spezifische Lösungen erarbeitet und problemorientiert neue Ansätze entwickelt.

Ein Forschungsschwerpunkt ist die geeignete Modellierung der in der elektrischen Maschine vorhandenen Verluste durch das weichmagnetische Kernmaterial. Analytische und numerische Modelle für Hystereseeffekte, Wirbelstromverluste und verschiedene Arten der Magnetisierung werden genutzt und weiterentwickelt. Einflüsse durch die Herstellung und Verarbeitung, wie textur- und mikrostrukturbedingte Anisotropien, der Einfluss induzierter mechanischer Eigenspannungen infolge des Schneidens, des gezielten Prägens und der Fliehkräfte oder die Berücksichtigung von Wirbelstrompfaden durch das Paketieren mittels Schweißen oder Stanzpaketierens werden experimentell untersucht und entsprechende Modelle entwickelt. Zur standardmäßigen metrologischen Materialcharakterisierung stehen vier Epsteinrahmen, vier Single-Sheet-Tester (SST) in den Größen 120 mm x 120 mm und 60 mm x 60 mm mit verschiedenen Wicklungssystemen sowie ein Ringkerntester zur Verfügung. Eine Ringkernwickelmaschine sorgt für eine treffende Vergleichbarkeit der bewickelten Kerne. Neben den konventionellen Messmitteln, verfügt das Messlabor über einen Rotational-SST zur Untersuchung rotierender Magnetisierung, einen Miniatur-SST zur Messung von Ein- und Bikristallen, einen Zug-Druck-SST, eine Universalprüfmaschine mit Magnetisierungsjoch, Vektorhysteresesensoren und einen Rotationsmessplatz mit Zug-Druck-Einheit. Mit Hilfe dieser umfangreichen, modernen und spezialisierten Messausstattung sowie unserer Jahrerlangen engen Zusammenarbeit mit Projektpartnern im Rahmen vieler verschiedener öffentlich geförderter DFG-Projekte, sind wir in der Lage nahezu alle relevanten materialbedingten Effekte zu untersuchen und modellhaft abzubilden.

Im Rahmen von Lebensdaueruntersuchungen werden ganzheitliche Lebensdauermodelle entwickelt, die es möglich machen, die zu erwartende Lebensdauer in Abhängigkeit der Beanspruchungen mit einer Wahrscheinlichkeit abzuschätzen. Hierfür stehen moderne Messsysteme, Wärmeprüföfen, eine Klimakammer und ein Beschleunigungstisch bereit. Für den Betrieb an Spannungswechselrichtern müssen Elektroisoliersysteme qualifiziert werden. Wechselrichter mit schnell schaltenden Silizium-Karbid-Halbleitern sind im Fokus der aktuellen Forschungsarbeiten.

In Zusammenarbeit und Austausch mit den anderen Gruppen ermöglicht unsere Kompetenz die Bewertung wissenschaftlicher und technischer Fragestellungen im Rahmen von erweiterten Antriebsanforderungen bezüglich der Wechselwirkungen zwischen Maschine und Magnetkreismaterial sowie zwischen Isolierstoffsystem und Lebensdauer. Die Berücksichtigung der Effekte in der FEM und damit auch in der Kennfeldberechnung und im Post-Processing kann evaluiert werden. Durch die umfangreichen Test- und Maschinenprüfmöglichkeiten kann eine Validierung der Modelle und Methodiken anhand von Demonstratoren erfolgen.