Erhöhte Stabilität und Effizienz für fortschrittliche parametrische Hairpin-Stator-Designs
Die visuelle Programmierung komplizierter parametrischer CAD-Modelle führt zu einem grundlegenden Wandel im Design von Hairpin-Statoren. Wo früher manuelle Design-Iterationen zu fehlgeschlagenen Modellen und langen Entwicklungszeiten führten, integriert der automatisierte Arbeitsablauf komplexe Abhängigkeiten und liefert eine rationalisierte Derivaterstellung mit außergewöhnlicher Update-Stabilität.
50% Zeitersparnis
des gesamten Entwicklungsprozesses inkl. Workflow-Generierung
10%ige Reduzierung der Entwicklungskosten
durch Prozessautomatisierung
86% höhere Update-Stabilität
Durch Digitalisierung und visuelle Programmierung
Challenge
Die Konstruktion von Elektromotoren steht derzeit vor mehreren kritischen Herausforderungen. Erstens besteht die dringende Notwendigkeit, die Länge und das Gewicht von E-Motoren zu reduzieren, da der Bauraum sehr begrenzt ist. Zweitens wird der Wirkungsgrad von E-Antrieben stark von der Statorwicklung beeinflusst, was eine Verringerung der Verluste im Kupfer erfordert.
Hinzu kommt die Komplexität der Konstruktion, insbesondere an den Kreuzungspunkten und bei der Anbindung an die Leistungselektronik, die eine geometrische Machbarkeit erfordert. Die Konstruktion des Wickelkopfes ist aufgrund des elektrischen Wicklungsschemas und der Notwendigkeit einer unsymmetrischen Lösung mit einer Reihe von Schwierigkeiten verbunden. Diese Komplexität wird noch dadurch verstärkt, dass Haarnadelwicklungen durch enge, mit anderen Wicklungen überfüllte Anschlussbereiche geführt werden müssen.
Die heutigen Produktentwicklungsprozesse verschärfen diese Herausforderungen noch. In der Regel laufen diese Prozesse in aufeinanderfolgenden Schritten ab, beginnend mit der Spezifikation der Anforderungen über die Konstruktion, Bewertung, Optimierung und Produktionsplanung. Diese Schritte sind jedoch oft nicht gut miteinander verknüpft, und Experten aus verschiedenen Disziplinen arbeiten oft unabhängig voneinander mit einem unzusammenhängenden Werkzeugstapel.
Die manuelle Beschreibung von Bauteilen, Fläche für Fläche, Radius für Radius, in CAD-Software ist eine zeitraubende Aufgabe. Außerdem sind die Parametrisierungsmöglichkeiten heutiger CAD-Werkzeuge begrenzt, was die Umsetzung komplexer geometrischer Abhängigkeiten und grundlegender Geometrieänderungen erschwert. Dies führt häufig zu instabilen Modellen, die bei Änderungen und Aktualisierungen fehleranfällig sind. Die Notwendigkeit, ständig auf neue Ergebnisse und veränderte Randbedingungen zu reagieren, erfordert von den Konstrukteuren einen hohen manuellen Aufwand. Infolgedessen wird der Prozess aufgrund der manuellen Entwurfs- und Simulationsschritte langwierig und kostenintensiv und führt oft nur zu einer begrenzten Anzahl von Ergebnissen.
"Synera hat meine Herangehensweise an die Entwicklung von Hair-Pin-Statoren durch die Integration von komplexen Abhängigkeiten und Entscheidungsgattern für eine optimierte Derivaterstellung verändert. Diverse Design-Streams ermöglichen Echtzeit-Derivate, außergewöhnliche Update-Stabilität und eine Reduzierung der Entwicklungszeit um bis zu 50 %."
EDAG-Gruppe
EDAG ist der weltweit größte unabhängige Engineering-Anbieter für automobile Lösungen in den Bereichen Vehicle Engineering, Electric Electronics und Production Solutions. Ihre vielfältigen Expertenteams gestalten die Zukunft der Mobilität und bieten umfassende Ingenieurdienstleistungen vom Konzept über die Produktentwicklung bis hin zu schlüsselfertigen Produktionssystemen. Als Technologieführer treibt EDAG Innovationen in den Bereichen Leichtbau, Elektromobilität, Digitalisierung und Sicherheit voran.
Lösung
Das technische Know-how der Experten für Antriebsstrangsysteme wurde digitalisiert und visuell in einen parametrischen Workflow für die CAD-Konstruktion des Hair-Pin-Stators programmiert. Dieser Workflow ermöglicht komplexe Abhängigkeiten von Eingabe- und Konstruktionsparametern für eine rationalisierte Derivaterstellung und automatisierte Entscheidungsgates. Um die hervorgehobenen Herausforderungen zu bewältigen, wird der Prozess in einer kohärenten und integrierten Art und Weise entfaltet.
Eingabe: In dieser Phase werden ein elektrischer Zonenplan und ein Verbindungs-/Wicklungsschema verwendet, die in der Regel im Excel-Format vorliegen. Dabei werden auch Produktionseinschränkungen und Randbedingungen berücksichtigt.
Arbeitsablauf: Der Prozess ist in zwei Hauptteile unterteilt: den rotationssymmetrischen Teil und den nicht-symmetrischen komplexen Wickelkopf. Dazu gehört die Umwandlung der Eingabedaten in Geometrie, die Sicherstellung der Einhaltung von Randbedingungen, Produktionsbeschränkungen und elektrischen Anforderungen sowie die Prüfung auf geometrische Überschneidungen.
Ausgabe: Das Ergebnis dieses Prozesses ist die Erstellung optimierter und realisierbarer Konzeptentwürfe von Stator-Haarnadelwicklungen, die auf die Erfüllung mehrerer Zielvorgaben zugeschnitten sind.
Die Haarnadel- und Größenparameter wie die Anzahl der Pins und Lagen oder die Gesamtabmessungen des Entwurfs können gesteuert werden, um den E-Motor vollständig anzupassen. Darauf aufbauend erstellt der parametrische Arbeitsablauf automatisch das Design des Statorgehäuses sowie der oberen und unteren Abdeckung auf der Grundlage der Hairpin-Entwicklung, die die Pin-Positionspunkte und Gruppierungen umfasst. Vielfältige Designströme und die Robustheit des Workflows ermöglichen Echtzeitableitungen, eine hervorragende Modellstabilität bei Änderungen und eine bis zu 50%ige Reduzierung der Entwicklungszeit.
Mehr über diesen Arbeitsablauf
Vorteile
Sparen Sie Entwicklungszeit und -kosten durch Automatisierung
Echtzeit-Derivate
Außergewöhnliche Update-Stabilität
Wissensspeicherung durch Digitalisierung der Technik
Skalierung des Engineering-Prozesses
Verkürzung der Time-to-Market