Synopsys, Inc. · NASDAQ:SNPS
Synopsys — Robert Bosch — Technical Presentation (September 2002)
18 slides from Synopsys's technical presentation, Sep 6, 2002
Slide 1: Reluctance models for mechatronic system simulation
Reluctance models for mechatronic system simulation Dr.-Ing. Karsten Schönherr dep. FV/FLO Robert Bosch GmbH Magnet valve r ( rotor) a lt ernato la w pole C 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- un
Slide 2: Contents
Contents Introduction Motivation, investigated application Reluctance modelling Simulation results Summary and outlook 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- 2 und Weitergaberecht, bei uns. FV/FLO
Slide 3: Network and reluctance modelling
Network and reluctance modelling Generalised Generalised l Conductivity current voltage A A electrical I= j ⋅ dA U = E ⋅ ds G =σ l A magnetic Φ = B ⋅ dA Vmag = H ⋅ ds Gmag = µ 0 µ r l F mechanical F x k= x A thermal P T Gth = λ l 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den
Slide 4: Principle of the claw pole alternator
Principle of the claw pole alternator stator coil claw magnetic flux pole claw wheel shaft stator coil excitation coil 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- 4 und Weitergaberecht, bei uns. FV/FLO
Slide 5: Reluctance modelling of the CPA
Reluctance modelling of the CPA Fields of application Dynamical simulation of the claw pole alternator (CPA) within the scope of the vehicle power net Load changes of heavy loads (x-by-wire,...) Alternator deenergizing Ripple content of alternator current Alternator start up, control algorithms Char
Slide 6: Reluctance model, claw pole alternator CPA
Reluctance model, claw pole alternator CPA air gap and stator rotor of a claw pole alternator 60°-section 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- 6 und Weitergaberecht, bei uns. FV/FLO
Slide 7: Topology of the reluctance model CPA
Topology of the reluctance model CPA Simplified topology of the claw pole alternator reluctance model 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- 7 und Weitergaberecht, bei uns. FV/FLO
Slide 8: Reluctance models - challenges
Reluctance models - challenges Magnetic conductors / non-conductors not ideal Permeable materials highly non-linear Mapping 2D/3D flux paths with one-dimensional network elements Eddy currents (Hysteresis) Highly loaded magnetic circuits in technical systems Locally very strong saturation Non neglig
Slide 9: Flux tube
Flux tube Definition of flux tubes Base planes are equipotential planes of magnetic scalar potential, no flux cuts the side planes Φ A(x) l dx Rmag = Φ o µ ( x) A( x) Implementation with in general non-linear elements 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Sch
Slide 10: Simple non-linear reluctance
Simple non-linear reluctance A) Constant cross section A Gmag = µ l Φ Φ B = B ( H ) , Φ = B ⋅ A , Vmag = H ⋅ l Φ Φ initial magnetisation curve 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- 10 und Weitergab
Slide 11: Reluctance with non-constant area
Reluctance with non-constant area B) Flux tubes with linearly changing cross section Φ Φ • Separation in serial flux tubes (case A) • Integration of partial magnetic voltages at a given flux • Generation of a new non-linear curve Φ = f (Vmag) Creation of a new non-linear element 06.09.2002 | Intern
Slide 12: Modelling of the air gap
Modelling of the air gap C) Modelling of the air gap Gmag Gmax ϕ1 ϕ2 α claw • Approximation of reluctance with area and air gap length • Consideration of stray fluxes (Carter‘s factors) • Dependent on angle or position • Description of air gap with three parameters (electric machines) 06.09.2002 | I
Slide 13: Diffusion elements (eddy currents)
Diffusion elements (eddy currents) D) Field diffusion perpendicular to field direction → ∂B rot E = − ∂t Lmag Rmag r Hex Lmag Rmag Φ Lmag Rmag z radial field diffusion equivalent network 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verf
Slide 14: Electro-magnetic coupling
Electro-magnetic coupling E) Electro-magnetic coupling element (coils) • Implementation of Ampere’s and Faraday’s law Vmag = N ⋅ I (Durchflutungs- und Induktionsgesetz) ∂Φ U =N⋅ I I ∂t Φ Φ 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Ve
Slide 15: Linking FE and network models
Linking FE and network models Parameterisation of network models • Determination of an optimised parameter FE model set out of FE reference data FE tool • network model as abstraction of FE model (reduction of complexity) refere nce- data simulation network results model network parameterisation opt
Slide 16: Stationary simulation versus measurement
Stationary simulation versus measurement Alternator current with two alternator current (A) different excitation currents (measurement: red diamonds) alternator speed (rpm) 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis
Slide 17: Dynamic simulation of a load dump
Dynamic simulation of a load dump Alternator current (measurement: blue curve) Phase voltage (measurement: blue curve) 06.09.2002 | Intern © Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- 17 und Weitergaberecht, bei uns. FV/FLO
Slide 18: Summary and outlook
Summary and outlook Summary Reluctance modelling Claw pole alternator Stationary and dynamic simulation results Outlook Application of methodology to other systems (motors, magnet valves) New sophisticated models for better accuracy (air gap modelling, saturation in complex geometries,...) 06.09.200
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