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Hallo,

ich untersuche im Rahmen meiner Diplomarbeit die strukturelle Auslegung von einem permanentmagneterregten Rotor in einer Synchronmaschine. Zur Beurteilung der Festigkeit der Rotorbleche benötige ich die Kräfte die bei einem konstanten Betriebspunkt auf diesen lasten. Die Kräfte setzen sich dann aus den FliehKräften sowie den Magnetfeldkräften zusammen. Meine bisherigen Berechnungen sind 2D und in ANSYS APDL programmiert.

Um herauszufinden wie groß die Haltekräfte der Magneten ist, habe ich in meinem ersten Versuch 8 Magnete zentrisch angeordnet. Umgeben sind diese nur von Luft. In meinem Modell benutze ich Folgende magnetischen Werkstoffdaten: Br0=1.3  PERM=1.05  für Luft MP,MURX,2,1 sowie Nu0 =4*pi*10**(-7).

Ich rechne stationär und wollte mir mit dem Befehl FMAGSUM die Kräfte in X- und Y-Richtung eines Magneten ausgeben. Aber diese Werte scheinen mit etwas sehr groß. Ich bekomme für radialkräfte 1666 N und für Tangential 13 N

Was mache ich Falsch? Gibt es eine bessere Möglichkeit die resultierenden Magnetfeldkräfte zu berechnen?

Hat sich schon jemand näher damit beschäft und vielleicht schon selbst ein Modell erstellt??

LG Andreas

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Hallo,

bei 2D die Tiefe des Modells beachten.

Um generell zu beurteilen ob die Kräfte sinnvoll sind, sollte man die Geometrie und die Abmessungen kennen.
Bei einem Motor mit Durchmesser 20mm wäre es definitiv zu viel. Bei einem Durchmesser von 500mm durchaus vorstellbar.

Gruß simulmi

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Matthias Ulmer
Institut für Feinwerktechnik
Universität Stuttgart

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reine_magnetkraefte.png

Hallo simulmi,

danke für deinen guten Tipp! Wenn ich dich richtig verstehe, dann habe ich nun meine berechnete Kraft für ein 1m tiefes Modell der Maschine? Demnach müsste ich meine Kräfte mit dem Faktor 0,04 multiplizieren um an ein 40mm tiefes Modell zu kommen. Ist meine Annahme korrekt?
Wenn ja, liegt meine Kraft nun bei 66N in radialer Richtung. Wohl gemerkt, das ist nur die Kraft auf einen Magneten hervorgerufen durch die weiteren 7 konzentrisch angeordneten Magneten in Luft ohne Rotorblech sind.

Anbei eine Abbildung mit dem Ergebnis und dem Modellgeometrie. Der Rotor hat einen durchmessern von 120mm.

Grüße, Andreas

[Diese Nachricht wurde von Andy2011 am 04. Aug. 2011 editiert.]

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Hallo Andreas,

ja, das wäre korrekt. Defaultmäßig wird immer 1m Tiefe betrachtet.

Die Kraft finde ich in anbetracht deiner geometrischen Abmessungen in einem sinnvollen Bereich.

Gruß Matthias

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Matthias Ulmer
Institut für Feinwerktechnik
Universität Stuttgart

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Hallo Matthias,

Danke für deine Einschätzung. Mit nachrechnen bekomme ich jetzt an den einzelnen Magneten Kräfte von 72Newton in Achsenrichtung ohne Rotorblech umgeben von Luft. In Workbench in 3D allerdings 111Newton. Macht die idealisierung in 2D soviel aus, oder gibt es da etwa doch noch andere Probleme?

Im direkten Vergleich dazu mit Rotormaterial ergeben sich die Haltekräfte eines Magneten in ANSYS (2D) zu 0,45N und in WB (3D) zu 15N. Allerdings musste ich in ANSYS eine kleinen Luftspalt um dem Magneten modellieren damit fmagbc die Kräfte bestimmen konnte.

Jetzt stellt sich doch noch eine weitere Frage zur Ausgabe des Moments über die Funktion "TORQC2D". In dem Ausgabe Fenster steht für das Moment:... N*m/m... Bedeutet dies nun das der Wert eine Kraft ist oder auch für eine etwa 1Meter lange Maschine gilt, was bedeuten würde das ich wieder mit meinem Faktor multiplizieren muss.

Gruß Andreas

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Hallo Andreas,

ich verstehe gerade nicht so ganz was du machst:
1) Warum axiale Kräfte ermitteln und warum sollen die Kräfte so groß sein?
2) Was ist bei dir die Haltekraft eines Magneten? Wenn der Magnet am Eisenrückschluss anliegt sind das sehr hohe Haltekräfte. Bei deinen genannten Abmessungen können beide Kärfte (2D und 3D) nicht stimmen.

Das Dremoment ist ebenfalls auf 1 m Tiefe bezogen.

Ich würde dir empfehlen das Buch FEM für Praktiker Band 4 auszuleihen und dort zunächst einige Beispiele zu rechnen. Wenn dann gewisse Grundlagen der magnetischen FEM-Berechnung verstanden sind das gelernte auf die eigentliche Problemstellung anwenden.

Werde mich jetzt leider aus der Diskussion ausklinken müssen, da ich ab morgen im Urlaub bin.

Viele Grüße
Matthias

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Matthias Ulmer
Institut für Feinwerktechnik
Universität Stuttgart

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