Bis an die physikalischen Grenzen

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Optimieren der geometrischen Abmessungen

Die geometrischen Abmessungen können mit statischen oder transienten Berechnungsmodellen optimiert werden. In beiden Fällen muss das Berechnungsmodell in den Hauptabmessungen voll parametrisierbar sein. Es erfolgt dann statt einer Analyse eines vorhandenen CAD-Modells die Synthese der Hauptabmessungen des Elektromagneten. Die Hauptabmessungen sind die Abmessungen, welche die nutzbare mechanische Energie bzw. Magnetkraft bestimmen und sich nicht aus anderen Abmessungen ableiten lassen. In der Regel sind dies Höhe und Breite der Spule, die Geometrie zur Festlegung des Anker- oder Kernquerschnittes sowie die Arbeits- und die parasitären Luftspalte (Bild 1).

Durch die analytische Lösung einer vereinfachten Bewegungsdifferenzialgleichung können die mechanischen Zeitkonstanten in die Optimierungen mit einbezogen werden, obwohl die Magnetkraft nur mit statischen Methoden berechnet wird. Die Einbeziehung der Dynamik beruht dabei auf der Federdimensionierung in Abhängigkeit der Schaltzeiten.

Algorithmus zum Optimieren der Schaltzeiten

Die gestiegene Rechenleistung von PCs ermöglicht heute die direkte Kopplung von Optimierungsverfahren mit dynamischen Berechnungen. Unter Nutzung von magnetischen Modellen mit Programmsystemen wie SESAM und MAXWELL 12 wurde ein Algorithmus (Bild 2) entwickelt, mit dem direkt nach den Schaltzeiten optimiert werden kann. Dabei werden die Spannungsdifferenzialgleichung, die Wirbelströme und schaltungstechnische Besonderheiten, wie Übererregung und Bedämpfung berücksichtigt.

*Dr.-Ing. Karsten Feindt ist im Bereich Forschung und Entwicklung bei der innomas GmbH in Ilmenau tätig.

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