Software zur Auslegung und Simulation von Elektromotoren 

Welche Soft­ware benötigt man, um einen Elek­tro­mo­tor auszule­gen und welche Schritte sind bei der Sim­u­la­tion notwendig. Die beschriebene Vorge­hensweise und ver­wen­dete Soft­ware zur Ausle­gung kann für BLDC-Motoren, AC-Motoren und Axi­alflussmo­toren ver­wen­det werden.

Man unter­schei­det zwis­chen Soft­ware zur Ausle­gung von Elek­tro­mo­toren für die ana­lytis­che Berech­nung und der numerischen Sim­u­la­tion oder auch FEM Sim­u­la­tion genan­nt. FEM Sim­u­la­tio­nen kön­nen weit­er unterteilt wer­den in 2D und 3D Sim­u­la­tio­nen, welche sta­tionär oder tran­siente durchge­führt wer­den kön­nen. Für diese gibt es sowohl kom­merzielle als auch freie Soft­ware zur Sim­u­la­tion und Berech­nung von Elektromotoren.

Prozess der Simulation und Auslegung von Elektromotoren

Bei der Sim­u­la­tion von Elek­tro­mo­toren und der Elek­tro­mo­toren Ausle­gung müssen drei unter­schiedliche physikalis­che Eigen­schaften unter­sucht wer­den. Deshalb wird für die Motorausle­gung nicht nur eine elek­tro­mag­netis­che Sim­u­la­tion benötigt, son­dern auch eine ther­mis­che Sim­u­la­tion und eine mech­a­nis­che Sim­u­la­tion. Zur mech­a­nis­chen Sim­u­la­tion gehören natür­lich auch die Sim­u­la­tion von mech­a­nis­chen Schwingun­gen. Solche mech­a­nis­chen Schwingun­gen kön­nen zu nicht gewoll­ten akustis­chen Geräuschen führen. Man spricht hier auch von ein­er akustis­chen Sim­u­la­tion von Elek­tro­mo­toren und elek­trischen Antrieben.

1) elektromagnetische Elektromotor Auslegung und Simulation

Bei der elek­tro­mag­netis­chen Ausle­gung wird das Elek­tro­mo­torde­sign mith­il­fe ein­er ana­lytis­chen Soft­ware so lange angepasst, bis die Leis­tung des Elek­tro­mo­tor zufrieden­stel­lend ist. Mith­il­fe ein­er 2D oder 3D FEM Soft­ware wird die ana­lytis­che Ausle­gung dann über­prüft. Eine genaue Beschrei­bung des Prozess­es zur Elek­tro­mo­tor-Ausle­gung find­en sie hier »

2) thermische Elektromotor Auslegung und Simulation

Nach der elek­tro­mag­netis­chen Ausle­gung muss die Küh­lung für den Elek­tro­mo­tor aus­gelegt wer­den. Erst mith­il­fe der ther­mis­chen Sim­u­la­tion kann bes­timmt wer­den, wie lange der Elek­tro­mo­tor seine max­i­male Leis­tung zur Ver­fü­gung stellen kann. Die ther­mis­che Ausle­gung wird mit­tels ein­er 2D oder 3D FEM Sim­u­la­tion über­prüft. Sollte der Elek­tro­mo­tor zu heiß wer­den, muss die Elek­tro­mo­tor-Ausle­gung oder die Küh­lung angepasst werden.

3) mechanische Elektromotor Auslegung und Simulation

Abschließend muss der Elek­tro­mo­tor noch mech­a­nisch aus­gelegt wer­den, wie zum Beispiel die Dicke der Welle ober die Größe der Lager. Eben­falls muss die Fes­tigkeit des Rotors und dessen Dynamik über­prüft wer­den. Das kann mith­il­fe von Mehrkör­per­mod­ellen oder 3D FEM Sim­u­la­tio­nen gemacht wer­den. Stellt sich hier­bei her­aus, dass der Rotor den Sta­tor berührt, muss der Luftspalt ver­größert oder die Lagerung angepasst werden.

Nor­maler­weise wer­den die unter­schiedlichen physikalis­chen Sim­u­la­tio­nen getren­nt voneinan­der durchge­führt. Dabei geht man für bes­timmte Arbeit­spunk­te davon aus, dass die Sys­teme sich nicht stark gegen­seit­ig bee­in­flussen bzw. kon­stant bleiben. Es gibt auch App­lika­tion mit Elek­tro­mo­toren, bei denen es Sinn ergibt, eine Mul­ti­physik-Sim­u­la­tion einzuset­zen. Hier­bei wer­den die physikalis­chen Sim­u­la­tio­nen miteinan­der direkt gekop­pelt, wofür meist sehr viel Rechenka­paz­ität und Zeit benötigt wird.

kommerzielle Software zur Auslegung und Simulation

Es gibt eine große Auswahl an Soft­ware zur Ausle­gung von Elek­tro­mo­toren und jede Soft­ware hat seine Vorteile und Nachteile. Wichtig ist zu unter­schei­den, ob es sich um eine Soft­ware zur ana­lytis­chen Berech­nung oder um eine numerische FEM Sim­u­la­tion han­delt. Ein weit­eres wichtiges Bew­er­tungskri­teri­um der Soft­ware ist die Rechengeschwindigkeit und Funk­tion­al­ität, um auf zukün­ftige Elek­tro­mo­tortech­nolo­gien vor­bere­it­et zu sein.

Soft­ware:

  • Maxwell
  • Jmag
  • MotorXP
  • Speed
  • Emd­tool
  • Motor­solve
  • Femag
  • Motor­wiz­ard
  • Opera
  • Flux­mo­tor
  • Quick­Field
  • Motor-cad
  • Rmx­pert
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Freie oder kosten­lose Elek­tro­mo­tor Design­soft­ware ist meist nicht frei, son­dern unter­liegt meis­tens ein­er Lizenz, die es erlaubt, die Soft­ware zur Ausle­gung für bes­timmte Zwecke frei zu ver­wen­den. Oft han­delt es sich auch um soge­nan­nte Open-Source-Soft­ware, bei welchen der Quell­code offen liegt. Bitte lesen Sie sich immer die Lizenz der Elek­tro­mo­tor Soft­ware genau durch, um zu erfahren, für welche Zwecke die Soft­ware einge­set­zt wer­den darf. Soft­ware, die für bes­timmte Zwecke frei einge­set­zt wer­den kann, ist Onelab, Femm und Elmer. Die Open-Source-Soft­ware oder freie Motorausle­gungssoft­ware gibt es meis­tens als Down­load auf den Seit­en der jew­eili­gen Entwicklungsprojekte.