Entwurf und Optimierung eines magnetisch gelagerten Antriebssystems für einen Tumorzellen-Shredder

Im Rahmen dieser Masterarbeit wird die Auslegung und Analyse eines magnetisch gelagerten Antriebssys- tems für einen sogenannten Tumorzellen-Shredder vorgestellt. Ziel ist es, einen vollständig berührungslos gelagerten Rotor zu realisieren, der die gezielte mechanische Zerstörung von Tumorzellen durch defi- nierte Scherkräfte ermöglicht, ohne dabei Blutbestandteile zu beschädigen oder Verschmutzungen zu erzeugen.
Zu diesem Zweck werden zwei grundsätzliche Konzepte verglichen – einerseits ein System mit separaten aktiven und passiven Magnetlagern sowie einer eignen Motoreinheit, andererseits ein System, das aus zwei identischen lagerloseren Motoren besteht. Durch eine Kombination aus analytischen Überlegungen, 2D-Optimierungen in SyMSpace und 3D-Finite-Elemente-Simulationen in ANSYS Maxwell zeigt sich, dass das lagerlose Motorprinzip deutliche Vorteile hinsichtlich Kompaktheit und geringerer magnetischer Kopplung bietet. Die elektromagnetische Geometrie wurde bezüglich Wirkungsgrad, Nutrastkräften, Kraft- sowie Drehmomentenbildung in SyMSpace optimiert, wobei die Simulationsergebnisse durch eine 3D-FE-Berechnung validiert werden.
Im experimentellen Teil wird ein Prototyp konstruiert und gefertigt, der aus drahterodierten Blechpaketen, 3D-gedruckten Stator-Endkappen und individuell gewickelten Spulen besteht. Anschließende Messungen am institutseigenen Prüfstand bestätigen die simulativ ermittelten axialen und radialen Steifigkeiten sowie die Einphasencharakteristik mit einer Abweichung von nur 10%. Damit wird die Funktionalität und Reproduzierbarkeit des elektromagnetischen Entwurfs nachgewiesen.