Description of Generalized Concepts for Bearingless Drives

In der historischen Entwicklung von magnetisch gelagerten Antrieben kristallisiert sich als stärker werdender Forschungstrend neuerer Zeit die Entwicklung von sogenannten lagerlosen Antrieben heraus, d.h. die vollständige Integration von Lagerkrafterzeugung im klassischen Bereich der Drehmomenterzeugung. Das gesamte Antriebssystem wird räumlich sehr kompakt, und die Anzahl der Stränge und der leistungselektronischen Kanäle kann reduziert werden. Dem gegenüber steht eine Komplexitätserhöhung im Bereich der Regelung, was eine entsprechend präzise Modellbildung voraussetzt. Die Forschungsarbeiten an unserem Institut für Elektrische Antriebe und Leistungselektronik beschäftigten sich bisher mit der Reduktion der Spulensysteme. So wurden bereits lagerlose Antriebe mit lediglich vier (Wechselfeldantrieb), bzw. fünf konzentrierten Spulen (Drehfeldantrieb) realisiert. Im Rahmen des beantragten Projektes soll nun eine möglichst allgemeine mathematische Beschreibung für derartige Minimalsysteme gefunden werden, wobei ganz besonders auf eine weitere Minimalisierung in Richtung flußentkoppelte Spulensysteme bedacht genommen werden soll. Es ist beabsichtigt, das dynamische Verhalten des Antriebes auch im Hinblick auf die Störeinflüsse der Sensorik sowie der Leistungselektronik zu untersuchen. Eine wesentliche Rolle spielt in diesem Zusammenhang auch die Rotordynamik, die in drei Freiheitsgraden aktiv beeinflusst werden kann, in den übrigen Freiheitsgraden im wesentlichen durch die Auslegung des permanentmagnetischen Kreises bestimmt wird. Ein möglichst umfassendes Modell ist Grundlage für die Erhöhung der Eignung der Systeme für zukünftige Anwendungen (5-10 Jahren) wie etwa Lüfter oder Pumpen, beispielsweise für medizinische Anwendungen wie Blutpumpen, Chemikalienpumpen, Beatmungsgeräte, oder ausfallsichere robuste Lüfter. Als methodische Werkzeuge bieten sich FE-Simulationen in 2/3D zur Systemsynthese und zur Optimierung an.