Aandrijvingen met toerentallen tot 50 000 min-1, zoals die bijvoorbeeld worden gebruikt in de auto-industrie bij het slijpen van boringen, slijten tot nog toe zeer snel. Om dit probleem op te lossen, ontwikkelden het Instituut voor Theorie van de Elektrotechniek (ITE) van de universiteit Stuttgart en de Esslinger Index-Werken een volledig nieuwe magneetaandrijving.
In tegenstelling tot de gebruikelijke tandwielaandrijvingen wordt het aandrijfmoment uitsluitend door magneetkrachten overgebracht. Daardoor werkt deze technologie praktisch zonder slijtage. De nieuwe aandrijftechnologie is in principe overal in te zetten, waar weinig slijtage belangrijk en onderhoud duur is, bijvoorbeeld bij turbines, vliegtuigen of in windmolens.
De nieuwe magnetische aandrijving heeft weliswaar geen elektrische wikkelingen, maar is wel opgebouwd zoals de meeste elektromotoren. Ze bestaat hoofdzakelijk uit een huis en een draaiende rotor die door magneetvelden wordt aangedreven. Nieuw bij deze magnetische aandrijving is een extra element, dat de magneetvelden zo verandert dat een verandering in toerental ontstaat. Wordt dit element aangedreven, dan draait de rotor een hogere snelheid, zoals bij een versnellingsbak.
Voor de praktische toepassing is het belangrijk alle componenten van de aandrijving zo uit te voeren, dat de krachtoverdracht zo hoog mogelijk is. Bovendien moeten warmteverliezen minimaal zijn, zodat de aandrijving bij hoge toerentallen niet wordt beschadigd. Voor de constructie was het doorslaggevend om de optredende krachten zo nauwkeurig mogelijk te voorspellen, om bij het gebruik in het slijpproces de hoogste oppervlakte nauwkeurigheid te bereiken.
Simulatie van elektromagnetische velden
Formules, waarop de constructeurs konden teruggrijpen, waren niet beschikbaar. Teneinde het nogal gewaagde voornemen in daden om te zetten, simuleerden de onderzoekers de aandrijving en analyseerden de gegevens samen met de ingenieurs in de Virtual Reality ruimte van het superrekencentrum van Stuttgart. Dankzij de voortdurend virtuele benadering konden de ingenieurs de constructie optimaliseren zonder de tijdrovende opbouw van een duur prototype.
Snelle en efficiënte methoden voor rekentechnisch ondersteuning bij simulatie van elektromagnetische velden zijn een onderzoekspeerpunt aan het ITE. In dit kader ontwikkelden de wetenschappers uit Stuttgart software, die bijzonder geschikt is voor de simulatie van aandrijvingen. De software is namelijk gebaseerd op integraalvergelijkingen, wat de modellering van de roterende componenten relatief eenvoudig maakt. Bovendien werd hierdoor de behoefte aan rekencapaciteit drastisch gereduceerd. Dit lukte door de aan de ITE verder ontwikkelde ‘snelle multipoolmethode’, een geheugencompressiesysteem dat lijkt op het bekende beeldcompressie algoritme van het JPEG-formaat. Zo voldeed een relatief goedkoop computersysteem voor de uitvoering van de simulaties.
