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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Mechanische Kraftwirkungen in Rotoren von Hochdrehzahlmaschinen und deren Bewertung mit analytischen Rechenverfahren
Mechanical Force Actions in Rotors of High-Speed Electrical Machines and Its Evaluation with Analytical Calculation Methods
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. Der Designprozess von hochdrehenden elektrischen Maschinen ließe sich deutlich beschleunigen, wenn dies bereits in frühen Stadien durch analytische Berechnungen überprüft werden könnte.
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. The design process of high-speed electrical machines would be significantly accelerated, if these mechanical concerns were already checked by analytical calculations in the early stages.
Themengebiete Field of Application
Mechanik, Auslegung, Analytische Rechenverfahren, Automobil Mechanical, Design, Analytical calculation methods, Automotive
Möglicher Ansatz Possible Approach
Literaturrecherche über analytische Berechnungsverfahren zur Bestimmung von mechanischen Belastungen in Rotoren, Vergleich dieser Berechnungsverfahren mit numerischen Verfahren in ANSYS anhand einfacher Geometrien hinsichtlich Genauigkeit und Aufwand, Entwicklung einer Methodik um mechanische Belastungen in Rotoren von hochdrehenden elektrischen Maschinen durch analytische Verfahren zu bewerten
Literature research about analytical calculation methods for mechanical stresses in rotors, comparison of these calculation methods with numerical methods in ANSYS on the basis of simple geometries regarding accuracy and effort, development of a method for evaluating mechanical stresses in rotors of electrical high-speed machines with analytical procedures.
Erwartete Ergebnisse Expected Results
1. Literaturstudie über analytische Berechnungsverfahren zur Bestimmung von mechanischen Belastungen in Rotoren.
2. Vergleich analytischen mit numerischen Berechnungsverfahren (ANSYS) hinsichtlich Genauigkeit und Aufwand.
3. Entwicklung einer Methodik mechanische Belastungen in Rotoren von hochdrehenden elektrischen Maschinen durch analytische Verfahren zu bewerten.
4. Schriftliche Ausarbeitung der Ergebnisse.
1. Literature study of analytical calculation methods for mechanical stresses in rotors.
2. Benchmark of analytical with numerical calculation methods (ANSYS) regarding accuracy and effort.
3. Development of a method for evaluating mechanical stresses in rotors of electrical high-speed machines with analytical procedures.
4. Written documentation of the results.
Bachelorarbeit / Bachelor Thesis
Der Volkswagen ID.3 Quelle: www.volkswagen.de
Explosionsansicht des Rotors im Hauptantrieb des ID.3 Quelle: VDI-Berichte Nr. 2354, 2019
Magnete
Blechpaket
Balancier-Scheiben Welle
