Beschreibung allgemeiner Konzepte für lagerlose Antriebe
Sprache der Bezeichnung:
Deutsch
Original Kurzfassung:
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.
Sprache der Kurzfassung:
Englisch
Englische Bezeichnung:
Description of Generalized Concepts for Bearingless Drives
Englische Kurzfassung:
Taking a view on the historical development of magnetic levitated electrical drives, one of the latest major trends in research focusses on the topic and the development of so-called "bearingless machines", that means a combination of production of torque and levitation forces within the windings-system of the motor itself. The overall system consisting of the bearingless motor and power electronic unit becomes very compact as the number of winding systems and phases can be reduced. On the other hand complexity is increased as far as control schemes are concerned, which implies a precise modeling of the whole system. The research work at our Institute has led to disc-type bearingless motors with only four (alternating field drive), respectively with five (rotatory field drive) concentrated coils. Within the submitted project a mathematical description as general as possible for such systems ought to be found, whereas especially aspects of further minimization and fluxdecoupled coilsystems are to be covered. It is proposed to analyse the dynamic performance of the drive also with regard to the disturbing influences of the sensorics and power electronics. In this context a special significance is attached also to the rotordynamics, which can be actively influenced by winding currents in three degrees of freedom, whereas the remaining degrees of freedom are mainly influenced by the design of the (passive) permanent magnetic circuits. Methodical instruments for system-synthesis and optimization are FE-simulations in 2D or 3D. Furthermore numerical tools for dynamic simulation like Matlab/Simulink and Explorer, especially for comparison of measurements and dynamic behavior of the model are proposed. A very special aspect of this project also deals with the control of the torque, the radial forces and the rotor position. By special transformations it should possible to get a decoupled torque/radial force relation with regard to better managable control strategies.
Forschungs-