Integrierter Ansatz zur Topologie- und Formoptimierung von Permanentmagnetsynchronmaschinen

Heitmann, Luise

dc.date.accessioned	2022-06-17T08:04:08Z
dc.date.available	2022-06-17T08:04:08Z
dc.date.issued	2022
dc.identifier	doi:10.17170/kobra-202204085994
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/123456789/13925
dc.description	Zugleich: Dissertation, Universität Kassel, 2022
dc.language.iso	ger
dc.publisher	kassel university press
dc.rights	Namensnennung 4.0 International	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/	*
dc.subject	Topologieoptimierung	ger
dc.subject	PMSM	ger
dc.subject	Strukturoptimierung	ger
dc.subject	Fertigbarkeit	ger
dc.subject	Elektromobilität	ger
dc.subject.ddc	004
dc.subject.ddc	600
dc.title	Integrierter Ansatz zur Topologie- und Formoptimierung von Permanentmagnetsynchronmaschinen	ger
dc.type	Buch
dcterms.abstract	Im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit steht die Berechnung hochausgenutzter Rotorgeometrien mittels topologischer Optimierung sowie die automatisierte Rückführung der resultierenden Designs in fertigungsgerechte parametrisierte Geometriemodelle. Das Verfahren der Topologieoptimierung wird genutzt, um optimale Materialverteilungen von Magnet, Eisen und Luft bezüglich mathematisch definierter Optimierungsziele im Bauraum des Rotors iterativ und gradientenbasiert zu berechnen. Das Optimierungsproblem umfasst strukturmechanische sowie elektromagnetische Kriterien der permanenterregten Synchronmaschine. Die Topologieoptimierung ist das Strukturoptimierungsverfahren mit den größten Freiheitsgraden und ersetzt damit insbesondere Prozesse des Konzeptentwurfes, die bislang häufig erfahrungsbasiert oder auf Basis bestehender Konzepte durchgeführt werden. Um die berechneten Geometrien daraufhin für weitere Analysen und Planungen verwenden zu können, und damit eine lückenlose Integration in den Entwicklungsprozess zu gewährleisten, ist eine Rückführung der Ergebnisse in eine parametrisierte computergestützte Konstruktion notwendig. Die topologisch optimierten Designs können aufgrund der kontinuierlichen Beschaffenheit der Materialverteilungen das Design nur näherungsweise beschreiben. Die Umwandlung in ein diskretes Geometriemodell lässt daher nicht nur Interpretationsspielraum offen, sondern führt auch zu Abweichungen der berechneten Maschineneigenschaften von den Zielwerten. Zudem sind die entstehenden Strukturen oftmals komplex, unregelmäßig und erfüllen nur grundlegende Fertigungsrandbedingungen. In dieser Arbeit wird ein durchgängiger Umwandlungs-, Bewertungs- und Optimierungsprozess entwickelt, welcher die topologisch optimierten Designs in ein fertigungsund anforderungsgerechtes parametrisches Geometriemodell überführt. Die Maschineneigenschaften werden im Verlauf der eometrierückführung fortlaufend überwacht, sodass der Einfluss einzelner Bearbeitungsschritte nachvollziehbar ist und kurze Verbesserungsschleifen resultieren. Die Verwendung flexibler splinebasierter Kurven zur geometrischen Darstellung erlaubt eine einheitliche Beschreibung der Eisen- bzw. Luftkonturen, welche durch Freiformen dargestellt werden, sowie der Magneten, welche durch geometrische Grundformen, wie Rechteck- oder Segmentmagneten approximiert werden. Bei der Parametrisierung der Eisenkonturen werden weitere Fertigungsrestriktionen, wie Mindestradien und Mindeststegbreiten, berücksichtigt. Durch Methoden der Formoptimierung wird eine Feinanpassung des parametrisierten Geometriemodells vorgenommen. Schlussendlich kann eine fundierte Auswahl des geeigneten Designs unter Abwägung des Fertigungsaufwands erfolgen. Mithilfe des Optimierungswerkzeugs wird ein Rotordesign berechnet, welches die in dieser Arbeit gestellten Anforderungen an Fertigbarkeit und Funktionalität erfüllt und gleichzeitig eine um 20% reduzierte Magnetmasse aufweist.	ger
dcterms.accessRights	open access
dcterms.creator	Heitmann, Luise
dcterms.dateAccepted	2022-03-29
dcterms.extent	VII, 157 Seiten
dc.contributor.corporatename	Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Elektrotechnik / Informatik
dc.contributor.referee	Brabetz, Ludwig (Prof. Dr.)
dc.contributor.referee	Henke, Markus (Prof. Dr.)
dc.publisher.place	Kassel
dc.relation.isbn	978-3-7376-1042-1
dc.subject.swd	Strukturoptimierung	ger
dc.subject.swd	Elektromobilität	ger
dc.type.version	publishedVersion
kup.iskup	true
kup.price	39,00
kup.subject	Naturwissenschaft, Technik, Informatik, Medizin	ger
kup.typ	Dissertation
kup.institution	FB 16 / Elektrotechnik / Informatik
kup.binding	Softcover
kup.size	17 x 24 cm
ubks.epflicht	true