Hybride Methoden zur Auslegung und Berechnung von elektrischen Maschinen in einer Virtual-Reality-Entwicklungsumgebung

Für die elektromagnetische Auslegung und Optimierung elektrischer Maschinen werden in der aktuellen Praxis über numerische Simulationsketten typischerweise einzelne Designparameter algorithmisch variiert, um damit charakteristische Betriebsgrößen der Maschine beeinflussen und bewerten zu können. Trotz erheblichem Berechnungsaufwand ist ein Erkenntnisgewinn über Ursachen und physikalische Natur des Zusammenhangs zwischen Betriebsgrößen und Designparametern im Rahmen eines solchen Optimierungsprozesses nur beschränkt möglich. In der vorliegenden Dissertation wird eine Methodik erarbeitet, nach der elektromagnetische Simulationen auf interaktivem Wege durchgeführt werden können. Dabei wird eine Virtual-Reality-Umgebung generiert, in der - aufbauend auf den Erkenntnissen der jeweiligen Simulation - einzelne Entwurfsparameter vom Benutzer gezielt variiert werden können. Zudem werden Simulationsmethoden entwickelt, welche bei minimalem Berechnungsaufwand die für eine eindeutige Ursachenanalyse erforderliche hohe Ergebnisgenauigkeit ermöglichen. Das so skizzierte Konzept der Interaktivität vereinfacht die Untersuchung technisch-physikalischer Fragen und macht Untersuchungen zu komplexeren Fragestellungen erst möglich. Die aus der interaktiven Datenexploration resultierende Zunahme im Verständnis der physikalischen Zusammenhänge innerhalb eines Maschinenentwurfs fließt unmittelbar in Designverbesserungen der untersuchten Anordnung ein. In der Literatur existieren unterschiedliche analytische Verfahren, die eine Zuordnung elektromagnetischer Phänomene zu einzelnen Designparametern herstellen. Diese Verfahren eignen sich lediglich für Ursachenanalysen im Grobauslegungsprozess - nicht jedoch für Optimierungsprozesse. Weiterer Kernpunkt der Arbeit ist daher die Frage, wie sich das Verfahren der analytischen Feldberechnung mittels konformer Abbildung durch einen Hybridisierungsansatz so weit verbessern lässt, dass damit die Genauigkeit numerischer Simulationsergebnisse erreicht werden kann. Das hier vorgestellte Verfahren eignet sich als Methodik sowohl zur durchgängigen und schnellen Entwicklung elektrischer Maschinen als auch für den späteren Einsatz in einer Virtual-Reality-Entwurfsumgebung.