Dissertation Klohr

Untersuchungen an einem magnetgelagerten Permanentmagnet Synchronantrieb

Bearbeiter: Markus Klohr

Daten des PM Motors:

  • Leistung 40 kW
  • Drehzahl 40.000 min-1
  • Drehmoment 9,5 Nm
  • Rotorgewicht 13,5 kg

Das Einsatzgebiet für solche Antriebe liegt in der Werkzeugverarbeitung (Hochgeschwindigkeitsfrässpindeln), der Kompressortechnik (Direktantriebe für Schraubenverdichter) und in Gebieten mit speziellen Anforderungen an die Antriebsausführung (Naturschutzgebiete, Vakuum, Gas).

Woher kommt die Motivation zum Einsatz von Magnetlagern?

Bei kugelgelagerten Antrieben liegt die obere Drehzahlgrenze bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 40-80 m/s. Bei Einsatz von Spindeln goßer Leistung und hoher Drehzahl ( hier 40 kW und 40.000 min-1) sind entweder die Lager für die große Spindelleistung zu klein, oder die Drehzahl muß bei entsprechend größeren Lagern reduziert werden. Bei hohen Abtragsleistungen, müssen starre Spindeln eingesetzt werden. Das bedeuted große Wellendurchmesser und führt bei Drehzahlen von 40.000 min-1 zu Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 200 m/s . Dies wirkt sich bei Kugellagern in einer erheblich verkürzten Lebensdauer aus. Durch den Einsatz von Magnetlagern kann dieses Problem sicher beherrscht werden. Dabei sind Umfangsgeschwindigkeiten von 400-500 m/s ohne größere Schwierigkeiten zu beherrschen.

Der erste Schritt beinhaltet den Entwurf und den Aufbau eines Prototypen für eine Leistung von 40 kW und einer Nenndrehzahl von 40.000 min-1. Dazu wurde zuerst ein Teststand für die magnetische Lagerung aufgebaut. An diesem Testaufbau werden erste Untersuchungen an Magnetlagern und deren Regelung durchgeführt.

In einem zweiten Schritt soll der Regelung der Magnetlager Beachtung geschenkt werden. Dabei sind folgenden Schwerpukte denkbar:

  • digitale Regelung zentral/dezentral
  • sensorloser Betrieb (Polradlageerfassung) im Zusammenspiel mit der digitalen Regelung
  • Zustandsregelung der Magnetlager, Zustandsbeobachter
  • Online Rotorlageerfassung -- Schadensdiagnose, Unwuchtkompensation, adaptive Regelung