Elektrische Antriebe und Motoren modellieren
Elektroaggregate ersetzen im Lauf der letzten Jahren in zunehmendem Maße motorgetriebene Verbraucher im Auto. Man erforscht verschiedene Lösungen, um den steigenden Strombedarf in Angriff zu nehmen, wobei stromsparende elektrischer Aktoren den Schwerpunkt bilden. Im Rahmen von EMDA_LOOP (Optimal low-noise energy-efficient electrical machines and drives for automotive applications) wurde die Arbeit auf die Entwicklung von multiphysikalischen Modellen zur Simulation von Permanentmagnet-Synchronmotoren (permanent-magnet synchronous motor, PMSM) und geschalteten Reluktanzmotoren (switched reluctance motor, SRM) auf Komponentenebene abgestimmt. Die Projektarbeit deckte das gesamte Spektrum des Modellierungsprozesses vom Frühstadium der Entwicklung bis zur detaillierten Konstruktion der Komponenten unter Berücksichtigung aller wichtigen Aspekte wie Energieeffizienz und -management, Sicherheit, Reichweite beim Fahren, Komfort und Lärm ab. Überdies kombinierten die Forscher optimale Entwurfsprozesse für Hardwarekomponenten mit optimalen Steuerungsstrategien auf Komponenten- und Fahrzeugebene, wodurch eine kombinierte mechatronische Optimierung aller Aspekte auf einmal möglich wurde. Die Projektpartner konzipierten Modelle und eine Vielzahl von Designwerkzeugen einschließlich elektromagnetischer, mechanischer, vibroakustischer und thermischer Instrumente. Auf Grundlage des MATLAB-Codes wurden zwei Design- und Optimierungsprozeduren entwickelt; eine für oberflächenmontierte PMSM und eine weitere für SRM. Die gekoppelten analytischen elektromagnetisch-vibroakustischen Modellierungsinstrumente für PMSM und SRM sind fertiggestellt. Die Partner führten mehrere Analysen durch, um die Wechselwirkungen zwischen elektromagnetischen und vibroakustischen Entwürfen von PMSM und SRM zu untersuchen. Die multiphysikalische Modellierungsumgebung wird durch Einbindung unabhängiger Module verfügbar. Die Module können entweder unabhängig voneinander eingesetzt oder für jeden oberflächenmontierten PMSM und SRM gekoppelt werden. Die Teammitglieder wandten das optimale Design in zwei Fällen an: bei einem Klimakompressor mit SRM und einem leichter Traktionsmotor mit PMSM. Die Resultate wurden auf Systemebene ausgewertet. Die Arbeit beinhaltete außerdem die Vorbereitung der Prüfstände auf die Bewertung des SRM- und PMSM-Leistungsverhaltens. EMDA_LOOP führte mehrere Untersuchungen zum vibroakustischen Verhalten von PMSM durch. Man berücksichtigte die Einflussnahme verschiedener Topologien, Wicklungsbauformen und geometrischer Dimensionen auf die Radialkräfte bei PMSM. Die Projektpartner reichten außerdem zwei Patente für zwei Konvertertopologien ein, welche das Leistungsverhalten beider Motortypen verbessern können. Zur Verbreitung der Projektresultate konzipierten die Projektmitglieder die Projektwebsite, sie veranstalteten zahlreiche Präsentationen und betreuten einen Ausstellungsstand auf einem internationalen Symposium. In einem von Experten begutachteten Fachjournal wurde eine wissenschaftliche Arbeit veröffentlicht; weitere sind im Kommen.
Schlüsselbegriffe
Elektrische Antriebe, elektrische Maschinen, EMDA_LOOP, Permanentmagnet-Synchronmotoren, geschaltete Reluktanzmotoren
