Institut für Automation und Kommunikation e. V. Magdeburg – ifak


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Geförderte Projekte: 4


Virtueller Entwurf komplexer Hochleistungsübertrager - VERO


Modularer Ablauf (Blockdiagramm) für einen systematischen rechnergestützten Entwurf kontaktlos induktiver Hochleistungsübertrager
Modularer Ablauf (Blockdiagramm) für einen systematischen rechnergestützten Entwurf kontaktlos induktiver Hochleistungsübertrager

Projektidee

Die Dimensionierung kontaktloser übertragungssysteme erfordert die Berücksichtigung vielfältiger Parameter, wie z. B. geometrische und elektrische Randbedingen, mechanische und elektrische Toleranzen und Umgebungsbedingungen. Die Auslegung derartiger Systeme erfolgte bisher in vielen einzelnen, sehr aufwendigen Berechnungsschritten mit mehreren Iterationsprozessen, wodurch ein großer Zeitaufwand und hohe Kosten verursacht wurden.

Zielstellung dieses Forschungs- und Entwicklungsvorhabens war es daher, ein Dimensionierungswerkzeug zu entwickeln, das sämtliche Schritte des virtuellen Entwurfs von komplexen Hochleistungsübertragern in einer geschlossenen Entwicklungsumgebung ermöglicht.

Kundennutzen

Die Ergebnisse des Projektes ermöglichen es, applikationsspezifische Entwicklungen von kontaktlosen Energieübertragungen effizienter zu gestalten. Damit reduzieren sich kundenseitig notwendige Entwicklungsbudgets, wovon sowohl ifak als auch auftraggebende Unternehmen profitieren.
Die bei induktiven übertragungssystemen zu berücksichtigenden physikalischen Wechselwirkungen können über die entwickelten analytischen und numerischen Modelle und Verfahren innerhalb des Entwurfsprozesses berücksichtigt werden. Diese Modelle sind sehr gut für die Integration in das entwickelte Entwurfswerkzeug geeignet. Die ausgewählte Analysesoftware ist leistungsfähig und durch die nachgewiesene Möglichkeit der scriptgesteuerten Parametrierung modular und flexibel verwendbar.

In der entwickelten Eingabemaske können die geforderten Leistungsparameter der übertragungseinrichtung (wie zu übertragende Leistung, Spannungsebene, gewünschter Luftspalt in der übertragungsanordnung, zur Verfügung stehender Bauraum etc.) erfasst werden. Nachfolgend kann aus einer Bibliothek von denkbaren Spulengeometrien eine Magnetanordnung ausgewählt werden, die in iterativen Simulations- und Berechnungsschritten parametriert und optimiert werden kann. Der zweite große Designschritt ist die richtige Auswahl und Dimensionierung der leistungselektronischen Komponenten. Prinzipiell mögliche Schaltungstopologien wurden in einer Bibliothek hinterlegt. Anschließend kann das Gesamtsystem dahingehend überprüft werden, ob alle geforderten Leistungsparameter erreicht werden. Dabei können auch thermische Belastungen berücksichtigt werden. Typischerweise erfolgen hierbei Rücksprünge zu vorhergehenden Schritten oder wiederholte Schleifendurchläufe. Dies ist insbesondere dann notwendig, wenn große Toleranzen in der Positionierung der Spulen des übertragungssystems zueinander gefordert werden oder wenig Bauraum für die Komponenten des übertragungssystems zur Verfügung steht. Alle für die praktische Umsetzung des übertragungssystems erforderlichen Parameter können letztlich in einer übersichtlichen Ergebnisdarstellung zusammengefasst und dokumentiert werden.

Ausblick

Das ifak hat eine Methodik und entsprechende Werkzeuge für den effizienten Entwurf kontaktloser übertragungssysteme entwickelt. Für die Erweiterung des Entwurfsprozesses, z.B. um das Themengebiet Elektromagnetische Verträglichkeit und zur Anpassung an weitere, vielfältige Applikationsbedingungen werden die entwickelten Modelle und Verfahren kontinuierlich angepasst und verbessert. Eine enge Kooperation mit Geräteherstellern und -anwendern als auch Entwicklungspartnern aus der Wirtschaft ist erwünscht und wird gesucht.

Stand: 06.05.2013
Projektdaten aktualisiert: 05.12.2012

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