Konzeption und Analyse einer E-Maschine auf Basis neuer ... · Konzeption und Analyse einer...
1
Hybrid Electric Vehicles Elektrotechnisches Institut (ETI) Hybridelektrische Fahrzeuge www.eti.kit.edu Konzeption und Analyse einer E-Maschine auf Basis neuer Werkstoffkomponenten (SMC) Bo Zhang, Martin Doppelbauer KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu Zusammenfassung Im Vergleich zu Elektroblechen, die heutzutage üblicherweise beim Aufbau von elektrischen Maschinen eingesetzt werden, besitzt der neue Pulververbundwerkstoff (SMC) viele hervorragende Eigenschaften wie 3D-Flussleitfähigkeit und erheblich niedrigere Eisenverluste in hohen Frequenzbereichen als die meisten Elektrobleche. Dies ermöglicht den Aufbau von komplexen und neuartigen Bauformen der elektrischen Maschinen. Bisher findet der SMC-Werkstoff kaum Anwendung in der Konstruktion und Fertigung von Elektromaschinen. Aus diesem Grund ist das Ziel des Projekts die Bewertung des Einsatzes von SMC-Materialien in neuen Elektromaschinenkonzepten, speziell im Hinblick auf den Einsatz in Kraftfahrzeugen. 1. Arbeitspaket Aufbau einer 3D-Simulationskette Integration der am KIT-IKM ermittelten Werkstoffdaten in die Simulationsmodelle Verifikation der Basisfunktionalität Abbildung 1: SMC-Werkstoff und Bauteile Zur Auslegung bzw. Bewertung der verschiedenen neuartigen Maschinenkonzepte auf Basis der heute bei der Daimler AG verwendeten FEM-Werkzeuge wird eine 3D-Simulationskette benötigt. Dabei werden die am KIT-IKM ermittelten Werkstoffkenndaten in die Simulationsmo- delle integriert. Letztendlich sollte die grundlegenden Funktionalitäten der 3D-Simulationskette validiert werden. 2. Arbeitspaket Auswahl und Bewertung verschiedener vorteilhaft mit SMC-Werkstoffen realisierbarer Ma- schinenkonzepte Auslegung und Berechnung der erfolgversprechenden Maschinenkonzepte Abbildung 2: Verschiedene Maschinenkonzepte Die verschiedene neuartige Topologien der elektrischen Maschinen, die potentiell ein hohes Drehmoment mit hohen Wirkungsgraden erreichen können und dennoch einen einfachen Spu- lenaufbau haben bzw. vorteilhaft mit Pulververbundwerkstoff realisierbar sind, werden ausführ- lich analysiert und miteinander verglichen. Erfolgversprechende Maschinenkonzepte sollen für einen während des Projektes noch zu vereinbarenden Einsatzfall ausgelegt und berechnet wer- den. Abbildung 3: Eine Phase eines Transversalflussmotors Abbildung 4: FEM Analyse eines Transversalflussmotors 3. Arbeitspaket Elektromagnetische Detailauslegung und Konstruktion eines ausgewählten Maschinenkon- zepte Aufbau eines Funktionsmusters und messtechnische Validierung der Simulation In dem Arbeitspaket wird die elektromagnetische Detailauslegung und die Konstruktion der im zweiten Arbeitspaket ausgewählten Maschinenkonzepte durchgeführt. Anschließend soll ein Funktionsmuster aufgebaut werden. Letztendlich folgt die messtechnische Validierung der ana- lytischen und der Finiten-Element-Analyse. Abbildung 5: FEM Analyse eines Transversalflussmotors Die vorgestellte Forschungsarbeit wird unterstützt von der Daimler AG im Rahmen des Promotionskollegs e-drive. * B: [email protected]
Transcript of Konzeption und Analyse einer E-Maschine auf Basis neuer ... · Konzeption und Analyse einer...
Hybrid Electric Vehicles
Elektrotechnisches Institut (ETI)Hybridelektrische Fahrzeugewww.eti.kit.edu
Konzeption und Analyse einer E-Maschine auf Basisneuer Werkstoffkomponenten (SMC)
Bo Zhang, Martin Doppelbauer
KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg undnationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu
Zusammenfassung
Im Vergleich zu Elektroblechen, die heutzutage üblicherweise beim Aufbau von elektrischen Maschinen eingesetzt werden, besitzt der neue Pulververbundwerkstoff (SMC) viele hervorragendeEigenschaften wie 3D-Flussleitfähigkeit und erheblich niedrigere Eisenverluste in hohen Frequenzbereichen als die meisten Elektrobleche. Dies ermöglicht den Aufbau von komplexen und neuartigenBauformen der elektrischen Maschinen. Bisher findet der SMC-Werkstoff kaum Anwendung in der Konstruktion und Fertigung von Elektromaschinen. Aus diesem Grund ist das Ziel des Projekts dieBewertung des Einsatzes von SMC-Materialien in neuen Elektromaschinenkonzepten, speziell im Hinblick auf den Einsatz in Kraftfahrzeugen.
1. Arbeitspaket
Aufbau einer 3D-Simulationskette
Integration der am KIT-IKM ermittelten Werkstoffdaten in die Simulationsmodelle
Verifikation der Basisfunktionalität
Abbildung 1: SMC-Werkstoff und Bauteile
Zur Auslegung bzw. Bewertung der verschiedenen neuartigen Maschinenkonzepte auf Basisder heute bei der Daimler AG verwendeten FEM-Werkzeuge wird eine 3D-Simulationskettebenötigt. Dabei werden die am KIT-IKM ermittelten Werkstoffkenndaten in die Simulationsmo-delle integriert. Letztendlich sollte die grundlegenden Funktionalitäten der 3D-Simulationskettevalidiert werden.
2. Arbeitspaket
Auswahl und Bewertung verschiedener vorteilhaft mit SMC-Werkstoffen realisierbarer Ma-schinenkonzepte
Auslegung und Berechnung der erfolgversprechenden Maschinenkonzepte
Abbildung 2: Verschiedene Maschinenkonzepte
Die verschiedene neuartige Topologien der elektrischen Maschinen, die potentiell ein hohesDrehmoment mit hohen Wirkungsgraden erreichen können und dennoch einen einfachen Spu-lenaufbau haben bzw. vorteilhaft mit Pulververbundwerkstoff realisierbar sind, werden ausführ-lich analysiert und miteinander verglichen. Erfolgversprechende Maschinenkonzepte sollen füreinen während des Projektes noch zu vereinbarenden Einsatzfall ausgelegt und berechnet wer-den.
Abbildung 3: Eine Phase eines Transversalflussmotors
Abbildung 4: FEM Analyse eines Transversalflussmotors
3. Arbeitspaket
Elektromagnetische Detailauslegung und Konstruktion eines ausgewählten Maschinenkon-zepte
Aufbau eines Funktionsmusters und messtechnische Validierung der Simulation
In dem Arbeitspaket wird die elektromagnetische Detailauslegung und die Konstruktion der imzweiten Arbeitspaket ausgewählten Maschinenkonzepte durchgeführt. Anschließend soll einFunktionsmuster aufgebaut werden. Letztendlich folgt die messtechnische Validierung der ana-lytischen und der Finiten-Element-Analyse.
Abbildung 5: FEM Analyse eines Transversalflussmotors
Die vorgestellte Forschungsarbeit wird unterstützt von der Daimler AG im Rahmen des Promotionskollegs e-drive.∗B: [email protected]
