Multiphysikalische Simulationen in der Entwicklung von E-Motoren

13. - 14. November 2019, Wiesbaden, Hotel Oranien

Numerische Simulationsmethoden und Ingenieursverfahren, wie zum Beispiel die Methode der finiten Elemente sowie parametrische und nicht-parametrische Optimierung, sind heutzutage aus der Entwicklung elektromechanischer Produkte kaum mehr wegzudenken. Obwohl die erstmalige Erwähnung des Terminus Finite Elemente in den 50er Jahren durch Ray William Clough auf mechanische Anwendungen abzielte, wurde die Methode sehr rasch auf andere physi­kalische Bereiche ausgedehnt. Neben der Analyse von thermischen und strömungsmechanischen Effekten wird sie auch für die Simulation von elektromagnetischen Feldern verwendet und hier insbesondere für die Entwicklung von Elektromotoren.

In vielen klassischen mechanischen Anwendungen, z.B. in der Auto­mobil- und Luftfahrtindustrie, sind elektrische Maschinen als Systemkomponenten nicht mehr wegzudenken. Da Elektromotoren mechanische Systeme antreiben, ergibt sich zwangsläufig eine multiphysi­kalische bzw. multidisziplinäre Aufgabenstellung, die entsprechender Simulationsansätze bedarf. Die Einbeziehung von Elektromotoren in die Entwicklung von elektromechanischen Produkten wird somit zu einem wesentlichen Bestandteil gesamtphysikalischer Betrachtungen, die bei Systemsimulationen von elektromechanischen Produkten zu berücksichtigen sind. Selbst die komponentenbasierte Simulation der Elektromotoren selbst stellt schon eine multiphysikalische Anwendung dar, da Reibungsverluste, Wirbelstromverluste oder Vibrationen das Leistungsvermögen von Elektromotoren direkt beeinflussen.

Die Anforderungen an die Simulation von physikalischen Vorgängen in einem Elektromotor sind ähnlich anspruchsvoll oder vielleicht sogar noch komplexer als bei einem Verbrennungsmotor. Die Aufgabenstellung besteht darin, Wechselwirkungen zwischen elektromagnetischen Feldern, elektromechanischen Verlustleistungen, Wärmeentwicklungen, Temperaturverteilungen, Kühlvorgängen und Schwingungen aufgrund elektromagnetischer Anregungen und mechanischer Beanspruchungen zu beschreiben, korrekt zu modellieren und mit adäquaten multiphysikalischen Simulationsansätzen zu berechnen. Die eigentliche Herausforderung ist jedoch, nicht nur einzelne Berechnungen durchzuführen, sondern die Simulationszeiten derart zu reduzieren, dass Reihenuntersuchungen und Systemoptimierungen in endlicher Zeit möglich werden, um die Robustheit der Produkte zu erhöhen. Hierbei kommen mathematische Verfahren und Techniken wie zum Beispiel der Model Order Reduction eine besondere Bedeutung zu.

Unser Seminar möchte den aktuellen Stand industrieller Anwendungen in der Simulation von Elektromotoren aufzeigen, am Markt verfügbare Softwaretools und insbesondere deren Einsatz in der Praxis demonstrieren.

Wir freuen uns auf Ihre Teilnahme.
Ihre NAFEMS Deutschland, Österreich, Schweiz GmbH

Technische Leitung:

A. J. Svobodnik (Mvoid), E. Wang (Cadfem), F. Jurecka (Dassault ­Systémes), alle Mitglieder des NAFEMS DACH Steering Committees

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