Adaptive und softwaregestützte Konstruktion von drehenden elektrischen Maschinen

Abstract

Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur Digitalisierung und Verbesserung von Entwicklungspro-zessen. Insbesondere richtet sie sich an Entwicklungsingenieure, die Elektromaschinen nach Kundenwunsch gestalten, die Fertigung planen sowie die Messung der Maschinen durchfüh-ren und bewerten. Dabei wird eine passende Maschine für den Kunden entwickelt, um den bestmöglichen Nutzen zu generieren. Dadurch kann beim Betrieb der Maschine Geld und Energie gespart werden und die Umwelt wird geschont. In dieser Arbeit werden PM-Synchron-maschinen und einer Sonderform dieser betrachtet, die Maschine mit Luftspaltwicklung, die am Lehrstuhl für Mechatronik des Instituts für Mobile Systeme der Fakultät für Maschinenbau entwickelt wurde. Der Entwicklungsprozess der Maschinen wird analysiert. Dabei werden die Möglichkeiten der modernen Softwarelandschaft beachtet. Es wird ein Konstruktionswerkzeug vorgestellt, das die komplexen Wechselwirkungen der mechanischen, elektrischen und ther-mischen Parameter der Maschine berücksichtigt. Das iterative Vorgehen bei der Entwicklung wird beschleunigt und teilweise automatisiert. Mithilfe dieses Ansatzes wurden zwei Genera-toren entwickelt. Es entstand ein Generator mit Luftspaltwicklung für die Verwendung in Klein-windkraftanlagen und ein Generator mit Luftspalt- und Nutenwicklung für den Einsatz in Klein-wasserkraftanlagen. Ziel ist die Anwendung der Konstruktionsmethodik in der Forschung so-wie der Transfer in KMUs.

This work contributes to the digitization and improvement of development processes. In par-ticular, it is aimed at development engineers who design electrical machines according to cus-tomer requirements, plan production and carry out and evaluate the measurement of the ma-chines. The right machine will be developed for the customer in order to generate the best possible benefit. This saves money and energy when operating the machine and protects the environment. In this thesis, PM synchronous machines and a special form of them are consid-ered, the machine with air gap winding, which was developed at the Chair of Mechatronics at the Institute for Mobile Systems in the Faculty of Mechanical Engineering. The machine de-velopment process is analyzed. The possibilities of the modern software landscape are taken into account. A design tool is presented that takes into account the complex interactions of the mechanical, electrical and thermal parameters of the machine and thus accelerates and par-tially automates the iterative process during development. With the help of this approach, two generators were developed. A generator with air gap winding for use in small wind power plants and a generator with air gap and groove winding for use in small hydropower plants were created. The aim is to use the construction methodology in research and transfer it to SMEs.