Simulation elektrischer Maschinen

Multiphysikalische Modellierung, Simulation und Optimierung

Computergestütze Entwicklung von Maschinen

Verstärkt durch die Energiewende gewinnen effiziente und robuste Entwürfe von elektromechanischen Energiewandlern, insbesondere elektrische Maschinen, an Bedeutung. Sei es als Antrieb oder Komponente in der Automobilindustrie, in der industriellen Automatisierung oder in Hausgeräten. Maschinen sollen nahe am technischen Limit entwickelt, aber das verlangt transiente Analysen und Unsicherheiten frühzeitig im Designprozess zu berücksichtigen. Entsprechende Studien werden derzeit oft spät im Entwicklungsprozess durchgeführt, so dass optimale robuste Designs unter Umständen nicht berücksichtigt werden.

Computergestütze Entwicklung von Maschinen

eBike Permanentmagnet-Synchronmaschine

Energiewandler werden mathematisch durch ein multiphysikalisches System beschrieben, das sich aus dem elektromagnetischen Feld, der Bewegung des Rotors, dem thermischen Feld, Vibrationen und der elektrischen Einspeisung aus einer Schaltung zusammensetzt. Die Modellierung führt auf ein komplexes gekoppeltes System aus partiellen differentialalgebraischen Gleichungen, das beispielsweise mit finiten Elementen diskretisiert werden muss.

Die Forschung am Fachgebeit umfasst problemspezifische Modellbildung, -reduktion und -analyse, die Unsicherheiten berücksichtigt, Methodenentwicklung für Orts- und Zeitdiskretisierung, sowie parallel Simulation und robuste Optimierung.

Merkel, Melina ; Kapidani, Bernard ; Schöps, Sebastian ; Vázquez, Rafael (2022):
Isogeometric Mortaring for the 3D Simulation of Electric Machines.
In: 23rd Conference on the Computation of Electromagnetic Fields (COMPUMAG 2021). International Compumag Society. URL: http://www.compumag2021.com, submitted. [In Proceedings]

Parekh, Vivek ; Flore, Dominik ; Schöps, Sebastian (2021):
Deep Learning-based Prediction of Key Performance Indicators for Electrical Machine.
In: IEEE Access, ISSN: 2169-3536, DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3053856, ARXIV: 2012.11299. [Article]

Bolten, Matthias ; Friedhoff, Stephanie ; Hahne, Jens ; Schöps, Sebastian (2020):
Parallel-in-Time Simulation of an Electrical Machine using MGRIT.
In: Computing and Visualization in Science, ISSN: 1432-9360, DOI: 10.1007/s00791-020-00333-2, ARXIV: 1912.03106. [Article]

Bontinck, Zeger ; Lass, Oliver ; Schöps, Sebastian ; De Gersem, Herbert ; Ulbrich, Stefan ; Rain, Oliver (2018):
Robust Optimization Formulations for the Design of an Electric Machine.
In: IET Science, Measurement & Technology, 12, (8), pp. 939–948, ISSN: 1751-8822, DOI: 10.1049/iet-smt.2018.5235, ARXIV: 1712.01536. [Article]

Bontinck, Zeger ; Corno, Jacopo ; Schöps, Sebastian ; De Gersem, Herbert (2018):
Isogeometric Analysis and Harmonic Stator-Rotor Coupling for Simulating Electric Machines.
In: Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 334, pp. 40–55, ISSN: 0045-7825, DOI: 10.1016/j.cma.2018.01.047, ARXIV: 1709.05301. [Article]

Bhat, Prithvi ; Bontinck, Zeger ; Corno, Jacopo ; Schöps, Sebastian ; De Gersem, Herbert (2018):
Modeling of a Permanent Magnet Synchronous Machine Using Isogeometric Analysis.
In: COMPEL: The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, 37, (5), pp. 1805–1814, ISSN: 0332-1649, DOI: 10.1108/COMPEL-01-2018-0014, ARXIV: 1708.02409. [Article]

Bontinck, Zeger ; Lass, Oliver ; De Gersem, Herbert ; Schöps, Sebastian (2017):
Uncertainty Quantification for a Permanent Magnet Synchronous Machine with Dynamic Rotor Eccentricity.
In: Progress in Industrial Mathematics at ECMI 2016, volume 26 of The European Consortium for Mathematics in Industry. Springer. ISBN: 978-3-319-63081-6, DOI: 10.1007/978-3-319-63082-3_77. [In Proceedings]

Bontinck, Zeger ; Lass, Oliver ; De Gersem, Herbert ; Schöps, Sebastian (2016):
UQ of a PMSM With Dynamic Rotor Eccentricity and Shape Optimization of its Magnets.
In: XXIV Symposium Electromagnetic Phenomena in Nonlinear Circuits – Proceedings EPNC 2016, 81–82. Poznań, PTETiS Publishers. ISBN: 9788362712045. [In Proceedings]

Bontinck, Zeger ; De Gersem, Herbert ; Schöps, Sebastian (2016):
Response Surface Models for the Uncertainty Quantification of Eccentric Permanent Magnet Synchronous Machines.
In: IEEE Transactions on Magnetics, ISSN: 0018-9464, DOI: 10.1109/TMAG.2015.2491607, Article #7203404. [Article]

Bontinck, Zeger ; Lass, Oliver ; Schöps, Sebastian (2015):
Robust Optimization of a Stochastic Reduced Order Model of a Permanent Magnet Synchronous Machine.
In: ISEF 2015 – XVII International Symposium on Electromagnetic Fields in Mechatronics, Electrical and Electronic Engineering. ISBN: 978-84-606-9102-0. [In Proceedings]