Towards the digital twin of a permanent magnet

Dauermagnete (DM) sind ein wichtiger Bestandteil von Elektromotoren und Generatoren in vielen Anwendungen, von denen die wichtigsten Windturbinen und Hybrid-/Elektrofahrzeuge sind. Das rasche Wachstum dieser Sektoren hat zu einer erhöhten Nachfrage nach Hochleistungs-DM auf Nd-Fe-B-Basis geführt, aber die langfristige Nachhaltigkeit der Nutzung der weltweiten Ressourcen an Seltenen Erden wie Nd und Dy in diesem hohen Maße ist fraglich. Es besteht ein eindeutiger Bedarf an der Entwicklung eines DM ohne Seltene Erden. Ein digitaler Zwilling ist ein Satz von Informationen, der die Struktur und die Eigenschaften eines physischen Objekts vollständig beschreibt. Eine große Herausforderung dabei ist, dass der magnetische Zustand eines Materials nicht nur von seiner physikalischen Struktur und seinen magnetischen Eigenschaften abhängt, sondern auch von seiner magnetischen und thermischen Geschichte. Der digitale Zwilling eines DM hat das Potenzial, eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung neuartiger DM und bei der Echtzeitüberwachung der Leistung von DM in Anwendungen zu spielen. Die Gewinnung des digitalen Zwillings eines DM würde daher wichtige Beiträge zur Digitalisierung der Materialwissenschaft, zur ökologischen Nachhaltigkeit, zu sauberer Energie und zur Elektromobilität liefern. In diesem Projekt wird der seltenerdfreie Magnet MnAl-C als Modellsystem verwendet und ein verbessertes mikromagnetisches Modell entwickelt. Fortschrittliche Charakterisierung in Kombination mit magnetischen Messungen und Domänenbildern wird die Grundlage für die Simulationen bilden. Anschließend wird ein maschinelles Lernmodell entwickelt und Datenassimilation eingesetzt, um die Abweichung zwischen vorhergesagten und gemessenen magnetischen Eigenschaften zu verringern. Das trainierte Modell stellt die mikroskalige Komponente des digitalen Zwillings eines MnAl-C-DM dar.