Entwurf elektromagnetischer Aktoren unter Berücksichtigung von Hysterese

Elektromagnete sind Antriebselemente, die für verschiedenste Aufgaben in Automatisierungstechnik und Automobilbau eingesetzt werden. Aktuelle Anforderungen nach hoher Dynamik und Energieeffizienz bewegen sich dabei oft an den Grenzen des physikalisch Möglichen. Gerade um in diesen Grenzbereichen einen zuverlässigen und robusten modellbasierten Entwurf gewährleisten zu können, ist es nötig, alle relevanten physikalischen Effekte zu berücksichtigen. Elektromagnetische Hysterese ist dabei ein Effekt, der sich stark auf das Verhalten eines Antriebs auswirkt, bisher aber im Entwurf in der Regel nicht berücksichtigt werden konnte. Im Rahmen dieser Arbeit wurde versucht, genau diese Lücke bereits für frühe Entwurfsphasen zu schließen. Dafür wurden in der Literatur bekannte Hysteresemodelle zur Abbildung der reinen Materialeigenschaft miteinander verglichen und das bestgeeignetste ausgewählt. Aufgrund seiner Genauigkeit und Recheneffizienz eignet sich das Jiles-Atherton-Modell gut für umfangreiche Simulationsrechnungen. Verschiedene Methoden zur Identifizierung und Optimierung des Modell-Parametersatzes aus gemessenen Materialkennlinien werden vorgestellt und miteinander verglichen sowie für eine automatisierte Bestimmung aufbereitet. Durch die erfolgreiche Implementation in das an der Technischen Universität Ilmenau entwickelte Entwurfstool SESAM kann der Einfluss von Hysterese auf das Verhalten von Elektromagneten anhand von Netzwerkmodellen analysiert und so in den Entwurfsprozess mit einbezogen werden. Denkbar sind so z. B. Berechnungen von hysteresebehafteten statischen und dynamischen Kennlinienfeldern oder Optimierungsrechnungen zum Minimieren von Remanenzkräften oder Ummagnetisierungsverlusten. Anhand von typischen Beispielen beim Elektromagnetentwurf wird die Leistungsfähigkeit des Algorithmus unter Beweis gestellt.