Übertragung von Unsicherheiten in elektromagnetischen Modellen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Kay Hameyer
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323896285

Die Berücksichtigung von Material- und Fertigungsabweichungen in der Produktion elektrischer Antriebe erfolgt in der Industrie bisher hauptsächlich über rechenintensive Monte-Carlo-Simulationen und Worst-Case Abschätzungen. Zur Verbesserung der Genauigkeit und der Verringerung des Rechenaufwandes soll im Rahmen des hier vorgestellten Projektes ein Ergebnistransfer aus dem abgeschlossenen Projekt "Propagation of uncertainties across electromagnetic models" entwickelt werden. Hierbei soll, ausgehend von einer numerischen Modellierung der elektrischen Maschine im Rahmen der finiten Elemente Methode ein Metamodell erstellt werden, mithilfe dessen die Einflüsse der genannten Abweichungen auf die Ausgangskenndaten der elektrischen Maschine untersucht werden können. Hierfür wird zunächst eine Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) durchgeführt und die zu erwartenden Abweichungen abgeschätzt. Die identifizierten Abweichungen werden in Folge zur Modellbildung der Einzeleffekte verwendet, die zusammen mit den mechanischen Übertragungsfunktionen des Systems und der Abstrahlcharakteristik ein Modell der Maschine im Zeitbereich ergeben. Auf Basis dessen folgen eine Sensitivitätsanalyse der Eingangsparameter und die Entwicklung des Metamodells. Mit Hilfe des Metamodells wird das rechnerisch kostenintensive Zeitbereichsmodell auf eine polynomielle Oberflächenantwort geringerer Kosten abgebildet. Darauf aufbauend werden Verbesserungsvorschläge zum Maschinenentwurf abgeleitet. Hierzu zählen Vorschläge zur Maschinenoptimierung unter festgesetzten Randbedingungen, zum robusten Maschinendesign, zur Erhöhung der Zuverlässigkeit sowie Vorschläge zur Toleranzallokation. Der Projektpartner WILO SE unterstützt das Projektvorhaben durch seine Erfahrung in der Entwicklung elektrischer Maschinen in kleinen wie in großen Serien sowie durch die Entwicklung und Fertigung der Maschinen, die im Rahmen des Projektes messtechnisch untersucht, charakterisiert und optimiert werden sollen. Die im letzten Arbeitspaket abgeleiteten Verbesserungsvorschläge beim Maschinenentwurf beziehen sich auf eine vom Projektpartner zu Projektbeginn bereitgestellte Referenzmaschine.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: WILO SE