Forschungsprojekt ALUPOWER

Wie oxidisolierte Aluminiumlitzen die Leistungsdichte in Wechselrichtern vervierfachen können – bei präziser Berücksichtigung thermischer Anisotropie.

Was wurde erforscht?

Das Projekt untersuchte innovative Ansätze zur Entwicklung von Leistungsinduktivitäten mit deutlich höherer Leistungsdichte für moderne Wechselrichter. Ein besonderer Fokus lag auf oxidisolierten Aluminiumlitzen und deren Entwärmungsmechanismen. Ziel war es, Bauelemente zu entwickeln, die eine viermal höhere Leistungsdichte als bisherige Standardlösungen aufweisen.

Die Herausforderung

Die Herausforderung lag im Verständnis des äußeren Proximityeffekts und des anisotropen Verhaltens von Aluminiumlitzen im Magnetfeld. Es musste geklärt werden, wie die Permeabilität und Wärmeleitfähigkeit von der Ausrichtung der Adern abhängen, da diese Eigenschaften in Längs- und Querrichtung stark variieren.

Unsere Lösungsstrategie

Es wurden präzise mathematische Modelle und Simulationsmodelle entwickelt, um die Permeabilität und Wärmeleitung in verschiedenen Richtungen zu berechnen. Ein komplexer Permeabilitätstensor ermöglicht nun eine präzise Verlustleistungsberechnung. Zudem wurden Näherungsformeln für die Wärmeleitung erstellt, die zeigen, dass die Wärmeleitfähigkeit längs der Adern signifikant höher ist.

Ergebnis

Die entwickelten Modelle erlauben es Ingenieuren, die Ausrichtung der Adern für eine optimale Wärmeabfuhr gezielt zu gestalten. Durch das tiefere Verständnis der physikalischen Vorgänge konnten erhebliche Verbesserungen in der Leistungsdichte erzielt werden. Die Ergebnisse dienen als fundierte Entscheidungsgrundlage für die Auswahl der optimalen Litze in energieeffizienten elektronischen Systemen.