GFB - Green Factory BAVARIA

Energieeffiziente Magnetisierungsstrategieen für permanent erregte Synchronrotoren

Zielsetzung

Durch das Marktwachstums permanent erregter Synchronmaschinen, hervorgerufen durch die steigende Pruduktionszahlen im Bereich Traktions-, Werkzeugmaschinen-, Präzisions- und Hochleistungsantrieben, begründet sich die steigende Nachfrage nach hochkoerzitiven Permanentmagneten. Primäres Ziel des Projektes sind Energieeffizienzsteigerungen im Bereich der Magnetverarbeitung durch Optimierungen der Logistik und der Magnetisierung. Die Verlagerung der Wertschöpfungskette hin zum Elektromotorenhersteller führt zu großen Energieeinsparungen in der Logistik, da das Verpackungsvolumen beim Versand unmagnetisierter Magnete um bis zu 80% reduziert werden kann, wobei die in diesem Fall nicht vorhandenen Wechselwirkungen zwischen den Magneten Beschädigungen erheblich reduzieren und somit ebenso Ressourcen eingespart werden. Darüberhinaus sind weitere signifikante Einsparungen im Bereich der Magnetisierung möglich, die mit Hilfe von Energierückgewinnung während des Magnetisiervorganges sowie magnetspezifische Anlagenparameter ausgeschöpft werden.



Lösungsansätze

Um dieses Ziel zu erreichen ist die weitere Verbreitung von Magnetisierungstechnik im Prototypenbau sowie die Optimierung der Magnetisieranlagen für die Serienfertigung erforderlich, wobei die Energiedichte des Seltenerd-Magnetmaterials von 4 – 10 Ws/cm³ und aktuell noch nicht optimierte Prozesse erhebliche Energieeinsparpotentiale versprechen. Hierbei wird neben der Energieeffizienz gleichzeitig die Werkzeugstandzeit erhöht und die Taktzeit reduziert, was durch angepasste Prozessparameter und Strategien erreicht wird. Den Ausgangspunkt für die Lokalisation und Quantifizierung der Einsparpotentiale bildet die simulative Abbidung von repräsentativen Beispielprozessketten. Die Eingangsdaten für die Simulation bestehen aus den zugehörigen Taktzeiten, sowie zu ermittelnden Energiedaten bestehender Anlagen. Mit Hilfe von Parameterstudien bezogen auf Anlagen-, Werkzeug-, Strategie- und Werkstoffparametern erfolgt nun die energiebezogene Prozessdatenkorrelation. Prinzipbedingt entspricht eine Impulsmagnetisieranlage einem Schwingkreis aus Induktivität und Kapazität. Somit lässt sich der theoretische Wirkungsgrad anhand der jeweiligen Bauteilwerte bestimmen. Dem stehen allerdings paramterabhängige Wärmeverluste in der Magnetisierspule und im Ladeteil sowie Feldverluste im Luftspalt zwischen Magnet und Spule sowie die durch Wirbelströme im Magnetmaterial hervorgerufenen Verluste entgegen. Letztere sind von der Magnetgeometrie, dem Magnetmaterial und der elektrischen Leitfähigkeit des Materials abhängig. Zur Ermittlung der notwendigen Daten kommt entsprechende Messtechnik zum Einsatz. Energiedaten werden mit dem am Lehrstuhl FAPS entwickelten portablen Energiemesssystem automatisiert gemessen. Die magnetischen Kennwerte der Einzelmagnete werden mit Hilfe von automatisierten Messverfahren ermittelt. Hierbei kommen Helmholtzspule und Hallsensorarrays zusammen mit einem roboterbasierten Handlingssystem und einer hochflexiblen Vereinzelungsvorrichtung zum Einsatz.



Ergebnisse

Im Rahmen des Projektes konnte bisher ein virtuelles Modell einer vollautomatischen Magnetbestückanlage mit integrierter Impulsmagnetisieranlage erstellt werden. Hier werden hochpräzise, geschichtete Neodym-Eisen-Bor Magnete verarbeitet. Im Bereich Messtechnik wurde eine robotergestützte Handlingslösung für Einzelmagnete verschiedenster Abmaße auf Basis von Vakuumsauggreifern. Zur Vereinzelung der Permanentmagnete wurde ein hochflexibles Magnetmagazin zur schonenden Vereinzelung von Magneten aus dem Stapel entwickelt, aufgebaut und getestet. Darüberhinaus konnte ein elektrodynamisches Simulationsmodell einer Magnetisierspule erstellt werden, um so werkzeugbezogene Verluste genau lokalisieren zu können.





Geplante Publikationen

  • Electric Drives Production Conference
  • Congreso Internacional de Ingeniería Mecatrónica y Automatización
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  Kontakt 
  Dipl.-Ing. Alexander Meyer

  Email:
  alexander.meyer@faps.fau.de

  Telefon:
  +49 (0)911 5302 9063

  Lehrstuhl für
  Fertigungsautomatisierung
  und Produktionssystematik
  Friedrich-Alexander-Universität
  Erlangen-Nürnberg

  Fürther Strasse 246 b
  90429 Nürnberg