TRR 361:
Computergestütztes elektrisches Maschinenlabor: Thermische Modellierung, transiente Analysis, Geometriebeschreibung und robustes Design
Fachliche Zuordnung
Informatik, System- und Elektrotechnik
Maschinenbau und Produktionstechnik
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Mathematik
Wärmetechnik/Verfahrenstechnik
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 492661287
Elektrische Maschinen spielen seit Jahrzehnten eine zentrale Rolle bei der Energieumwandlung. Die moderne Leistungselektronik brachte bedeutende Verbesserungen, und zusammen mit neuen Materialien und Fertigungstechniken ergeben sich ungeahnte Möglichkeiten für Innovationen. Unterstützt durch Fortschritte bei der Konstruktionsoptimierung und der Steuerung bieten neue Antriebssysteme ein enormes Potenzial, zur weiteren Steigerung des Wirkungsgrades und damit zur Erreichung der Klimaziele beizutragen.Während aktuelle Antriebssysteme mit variablen Geschwindigkeiten betrieben werden, basiert die Expertenauslegung in der Regel auf einem bestimmten Maschinentyp sowie einer Topologie. Die Auslegung basiert auf wenigen Parametern und Betriebsarten, typischerweise bei konstanter Drehzahl oder konstantem Drehmoment. Dies vernachlässigt erhebliches Optimierungspotential.Nur ein Paradigmenwechsel hin zu einem neuen integrierten Simulations- und Auslegungsansatz kann das Potenzial moderner elektrischer Antriebe voll ausschöpfen. Dieser Ansatz muss von Anfang an alle wichtigen Aspekte einer Maschine berücksichtigen, z.B. Form und Topologie, zeitabhängige Betriebszyklen, komplexes Materialverhalten, Unsicherheiten und Robustheit, neue Kühltechniken um thermische Grenzen auszureizen, Lärm und Vibrationen sowie Leistungskennzahlen. Die Modellierung, Simulation und Optimierung eines derart komplexen Systems stellt extreme Herausforderung an das Computational Engineering.Dieser Transregio legt die Grundlagen für das elektrothermische Design der nächsten Maschinengeneration, zur Bewältigung von Modellierung, Simulation und Optimierung dieser multiskaligen und multiphysikalischen Systeme. Insbesondere behandelt er (i) die Modellierung nichtlinearen Materialverhaltens, z. B. Hysterese, Verluste und neuartige Kühlstrategien, (ii) die Simulation gekoppelter elektronischer, elektromagnetischer, mechanischer und thermischer dynamischer Mehrskalensysteme, (iii) die Handhabung flexibler Geometrien, einschließlich rotierender Geometrien und geometrisches Design, (iv) die Mehrzieloptimierung von Form und Topologie, Sensitivitätsanalyse und Quantifizierung von Unsicherheiten.Innovationen in diesen Bereichen erhöhen die Vorhersagekraft von Maschinenmodellen. Sie ermöglichen es damit, neueste Errungenschaften bei der Konzeption von elektrischen Maschinen der nächsten Generation voll auszuschöpfen.Hierzu ist der TRR in vier wissenschaftliche Bereiche gegliedert sowie drei für Forschungsausbildung, Forschungsdatenmanagement und Projektmanagement. Die wissenschaftlichen Bereiche gliedern sich in Elektro- und Informationstechnik, Strömungsmechanik, Numerik und Optimierung. Ein intensiver Austausch von Ergebnissen, Modellen und Algorithmen ist geplant. Die Validierung wird durch integrierte Messungen sichergestellt. Die Multiphysik- und Multiskalenaspekte werden in einem ganzheitlichen Ansatz angegangen, der auf den interdisziplinären Charakter des Projektes abgestimmt ist.
DFG-Verfahren
Transregios
Internationaler Bezug
Österreich
Laufende Projekte
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A02 - Isogeometrische und Reduced Order Modelle zur effizienten Simulation von Fahrzyklen
(Teilprojektleiter
Gangl, Peter
;
Schöps, Sebastian
)
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A03 - Modelle elektrischer Maschinen mit adaptiver Auflösung
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
De Gersem, Herbert
;
Mütze, Ph.D., Annette
)
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A04 - Elektrische und thermische Belastungen in Isoliersystemen elektrischer Maschinen
(Teilprojektleiterin
Späck-Leigsnering, Yvonne
)
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A05 - Mehrskalensimulation von Hysterese- und Wirbelstromverlusten in magnetischen Kernmaterialien
(Teilprojektleiterin
Xu, Bai-Xiang
)
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B02 - Hocheffiziente Wärmeübertragung durch Mehrphasenkühlung
(Teilprojektleiter
Brenn, Günter
;
Oberlack, Martin
)
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B03 - Untersuchung der Behandlung thermischer Lastspitzen im Luftspalt mittels turbulenter Aerosol-Strömungen
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Hussong, Jeanette
;
Roisman, Ilia
)
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C01 - Systemlevel-Ansatz zur Co-Simulation für die Analyse von Fahrzyklen
(Teilprojektleiter
Egger, Herbert
;
Schöps, Sebastian
)
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D01 - Datengesteuerte Surrogat-Modellierung und Unsicherheitsquantifizierung bei elektrischen Maschinen
(Teilprojektleiter
Loukrezis, Dimitrios
;
Schöps, Sebastian
)
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D03 - Design Optimierung von elektrischen Maschinen unter Unsicherheit und optimales Design von Experimenten für die Parameteridentifikation
(Teilprojektleiter
Ulbrich, Stefan
)
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INFZ02 - Forschungsdatenmanagement (DFG)
(Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter
Bali, Madeleine
;
Kummer, Florian
)
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MGKZ01 - Integriertes Graduiertenkolleg (DFG)
(Teilprojektleiter
De Gersem, Herbert
;
Schanz, Martin
)
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Z03 - Zentrales Verwaltungsprojekt (DFG)
(Teilprojektleiter
Schöps, Sebastian
)
