Moderne Methoden zur Berechnung der Geometrie magnetischer Materialien erschweren aufgrund des hohen Nichtlinearitätsindex (der sogenannten magnetischen Hysterese) die Auswahl der optimalen Parameter. Auch nach der Geometriemodellierung treten Fehler bei der Berechnung der Magnetverluste auf, die erheblich von den experimentell gemessenen Werten abweichen können. Fujitsu hat eine KI-Technologie entwickelt, die automatisch die optimale Geometrie magnetischer Materialien berechnet. Wir werden in diesem Artikel über diese Innovation sprechen.
Materialien, die als Magnet wirken, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden, werden in verschiedenen Komponenten und Geräten verwendet, einschließlich Elektromotoren und Induktivitäten, die es ermöglichen, elektrische Energie in Batterien zu speichern. Darüber hinaus verursacht Magnetismus an sich einen Energieverlust. Das Ausmaß des magnetischen Verlusts hängt stark von der Geometrie der magnetischen Materialien ab. Infolgedessen steht es in direktem Zusammenhang mit der Energieeffizienz einer Komponente oder eines Geräts. Um eine hohe Energieeffizienz zu gewährleisten, ist es daher sehr wichtig, die optimale Materialgeometrie unter Berücksichtigung magnetischer Verluste zu berechnen.
Vorteile neuer Technologien
Fujitsu hat eine KI-Technologie entwickelt, die automatisch die Geometrie magnetischer Materialien im virtuellen Raum berechnet, um den Energieverlust zu reduzieren. Die neue Entwicklung erhöht die Effizienz der Konstruktionsabteilungen erheblich und ermöglicht es Ihnen, die Geometrie der Magnete für verschiedene Anwendungen, einschließlich Leistungselektronik und Elektromotoren, zu berechnen. Die Fujitsu-Technologie reduziert die Entwicklungszeit für Prototypen von einigen Monaten auf einige Tage.
Mit seiner Hilfe ist es möglich, die Verteilung der Wirbelströme, die durch den Induktor fließen, mit hoher Genauigkeit zu berechnen. Dazu ist es notwendig, sie in Form einer Formel für die dielektrischen Effekte ferritischer Mikrostrukturen darzustellen, die als induktive Materialien verwendet werden. Bei den früher verwendeten Schätzverfahren gab es eine Einschränkung in der Genauigkeit der Bestimmung der Größe des Wirbelstromverlusts, wenn die Arbeitsfrequenz des Induktors mehrere zehn Kilohertz überschritt. Mit der neuen Entwicklung können Sie eine Bewertung mit einer Frequenz durchführen, die mehrere Megahertz erreicht.
Links ist die Simulation der magnetischen Verluste des Induktors (Verteilung der magnetischen Flussdichte im magnetischen Material). Rechts - Vergleich von experimentellen und simulierten ErgebnissenDie praktischen Vorteile von Innovation
Ergebnisse der computergestützten Konstruktion des Induktors (jeder Punkt entspricht einer der Optionen für die Geometrie des Induktors)Durch die Kombination einer neuen Magnetverlustmodellierungstechnik mit einem genetischen Algorithmus * hat Fujitsu eine Formel für die automatische Suche nach einer Reihe geometrischer Parameter erstellt. Sie haben eine paretooptimale Form ** (Abmessungen für jeden Teil der Form des magnetischen Materials) und minimieren den magnetischen Energieverlust. Bis 2020 plant Fujitsu die Einführung von Designdienstleistungen auf dem Markt, einschließlich der oben beschriebenen Technologie.
* Berechnungsoptimierungsmethode basierend auf den Prinzipien der biologischen Evolution. Für die aktuelle Generation möglicher Lösungen werden mehrere Kopien erstellt, die dann miteinander gekreuzt und mutiert werden. Überlebende Kopien werden ausgewählt, um die nächste Generation von Lösungen zu erstellen. Durch Wiederholen dieses Vorgangs werden die besten Lösungen ausgewählt.
** In einer Situation, in der mehrere Werte mit einem Kompromissverhältnis minimiert werden und keine Umstände vorliegen, die niedrigere Werte für alle Variablen liefern würden, werden diese Parameter als Pareto-Optimum bezeichnet. In der Regel gibt es mehrere Pareto-Optima, und die durch diese Optima gebildete Linie oder Ebene wird als Pareto-Optimalform bezeichnet.