Betreuer / Supervisor: Maximilian Lauerburg, M. Sc. (IEM) Marius Franck, M. Sc. RWTH (IEM) E-Mail / E-mail: maximilian.lauerburg@iem.rwth-aachen.de
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Analyse der mechanischen Kräfte in Rotoren von elektrischen Maschinen in Hochdrehzahlanwendungen
Analysis of the Mechanical Forces in Rotors of Electrical Machines in High- Speed Applications
Motivation Motivation
Hochdrehzahlmaschinen sind durch die erreichbaren höheren Leistungsdichten vor allem für mobile Anwendungen relevant. Die gesteigerte Drehzahl führt allerdings durch Flieh- und Wuchtkräfte zu erhöhten mechanischen Belastungen in Rotoren von elektrischen Maschinen. Entscheidend ist daher, dass bereits beim Entwurfsprozess die im Betrieb auftretenden mechanischen Belastungen möglichst präzise bestimmt werden, sodass die Materialien und Verbindungen nahe, aber nicht über ihren Belastungsgrenzen betrieben werden. Folglich müssen die Modelle immer genauer alle mechanischen Belastungen nachbilden können, sodass der Rotor mechanisch besser ausgenutzt werden kann.
High-speed electrical machines are especially relevant for mobile applications due to the achievable higher power densities. However, the increased rotational speed leads to enhanced mechanical stresses in rotors of electrical machines due to centrifugal and imbalance forces. Consequently it is essential to determine these mechanical stresses in advance in order to operate the materials and connections near but not above their structural limits. Therefore the models have to be very precise to ensure the correct calculation of all mechanical stresses, so the rotor is better utilized mechanically .
Themengebiete Field of Application
Elektromagnetik, Mechanik, Auslegung, Automobil Electromagnetic, Mechanical, Design, Automotive
Möglicher Ansatz Possible Approach
Auswahl einer Hochdrehzahlanwendung und einer geeigneten Maschinentopologie, Bestimmung der Maschinenabmessungen nach elektromagnetischen Zusammenhängen, mechanische Analyse des Rotors in ANSYS, Sensitivitätsanalyse (Vergleich Größenordnung elektromagnetischen Kräfte mit Fliehkräften, Untersuchung unterschiedlicher Fertigungsverfahren und Auswirkung auf Verbindungsverhalten, Varianz zwischen geeigneten Materialien, Einfluss der Geometrie)
Selection of high-speed application and suitable machine topology, rough design of the main dimension regarding electromagnetic relationships, mechanical analysis of the rotor in ANSYS, sensitivity analysis (comparison of magnitude of electromagnetic forces with centrifugal forces, examination on different processing methods and their consequences on connection behavior, varying between different material options, influence of the geometry)
Erwartete Ergebnisse Expected Results
1. Literaturstudie, aktueller Forschungsstand, Auswahl Anwendung und Maschinen- topologie.
2. Grobdesign der Maschine nach elektromagnetischen Gesichtspunkten.
3. Entwicklung eines FE Modells des ausgesuchten Rotortyps in ANSYS.
4. Sensitivitätsanalyse aller Parameter des FE Modells.
5. Formulierung von Anforderungen an Material, Verbindung und Geometrie.
6. Schriftliche Ausarbeitung der Ergebnisse.
1. Literature study, latest state of research, selection of application and machine topology.
2. Rough design of the machine regarding electromagnetics.
3. Development of a FA model of a chosen rotor type in ANSYS.
4. Sensitivity analysis of all parameters of the FA model.
5. Defining the requirements on material, connection and geometry.
6. Written documentation of the results.
Masterarbeit / Master Thesis
Der Porsche Taycan Quelle: www.porsche.com
Untersuchung der Torsions-Kräfte im Rotor /
Examination of torsion- forces in a rotor
Untersuchung der Biege-Kräfte im Rotor / Examination of bending-
forces in a rotor
