Lagerlose Permanentmagnetmotoren

Zusammenfassung

Anforderungen an den Drehzahl- und Temperaturbereich, die Wartungsfreiheit oder die Lebensdauer stößt man bei Antrieben mit konventioneller Lagertechnik häufig an technische Grenzen. Dies gilt auch in besonderem Maße für Pumpen und Kompressoren mit hohen technischen Ansprüchen hinsichtlich der Dichtheit und des Verschleißes bei hohen Drehzahlen, hohen Temperaturen, hohen Drücken oder auch chemisch aggressiven Gasen und Flüssigkeiten. Die mechanischen Lager und Dichtungen der ansonsten verschleißfrei arbeitenden bürstenlosen Antriebe bestimmen daher nicht nur deren Wartungsintervalle und Lebensdauer, sondern beschränken unter Umständen auch ganz wesentlich deren Einsatzgebiete.

Bei lagerlosen Motoren müssen sowohl das geforderte Drehmoment als auch die notwendigen Lagerkräfte realisiert werden. Um das vorliegende System mit fünf Freiheitsgraden zu realisieren, könnte das notwendige Modell aus der Energiebilanz eines verlustlosen Wandlers mit Hilfe der magnetischen Energie die wirkenden Kräfte und Drehmomente bestimmen. Im allgemein nichtlinearen Fall ist es zwar günstiger, die magnetische Koenergie zu verwenden. Dabei muss aber die magnetische Koenergie als Funktion der Ströme, der freien Verschiebungen und der freien Drehwinkel vorliegen. Diese Bedingung führt zu einer aufwendigen Ermittlung, so dass dieses übliche Verfahren nicht verwendet wird.

Stattdessen erfolgt die Analyse und Berechnung der Lagerkräfte sowie der Drehmomente mit dem Maxwellschen Spannungstensor. Dieser Ansatz wird um eine Fourier-Reihendarstellung der Feldgrößen ergänzt, da die Größen meist nicht sinusförmig sind. Dieses Verfahren zur Berechnung des Drehmoments und der Kräfte eignet sich insbesondere für die Berechnung elektrischer Maschinen mit nichtsinusförmiger Flussdichteverteilung im Luftspalt und nichtsinusförmiger Durchflutungsverteilung.

Mit dem beschriebenen theoretischen Ansatz werden Ausführungen und Applikationen sowie die Steuerung und Regelung lagerloser Permanentmagnetmotoren vorgestellt.