In dieser Arbeit wird eine dreiphasige permanentmagnetisch erregte Transversalflussmaschine unter Verwendung von Pulververbundwerkstoffen für den Einsatz als Achsantriebsmotor einer Roboterachse entworfen, aufgebaut und in Betrieb genommen. Die Abklärung von in der Robotik geltenden Anforderungen und Rahmenbedingungen sowie die Bewertung der Vor- und Nachteile eines Einsatzes von Transversalflussmaschinen in dieser Anwendung werden diskutiert und abgewogen.
Darüber hinaus wurde eine Prototyp-Maschine ausgelegt, mittels analytischer Berechnungsmethoden und finiter Elemente simuliert und berechnet und schließlich aufgebaut und am Prüfstand in Betrieb genommen und vermessen.
Die Arbeit leistet damit einen Beitrag zur Konzipierung und Dimensionierung von Antriebssträngen in der Robotik. Das vorgestellte Entwurfs- und Berechnungsverfahren vermittelt zudem ein Vorgehensmodell zur Entwicklung permanentmagnetisch erregter Transversalflussmaschinen kleiner Leistung über die konkrete Aufgabenstellung dieser Arbeit hinaus.
Aufgrund der bisher sehr geringen Anzahl praktisch realsierter Transversalflussmaschinen aus Pulververbundmaterial liefern die vorgestellten Messergebnisse einen wichtigen Beitrag für die Bewertung, Einordnung und Diskussion des Transversalflusskonzepts und den Einsatz von Pulververbundwerkstoffen im Elektromaschinenbau.
Aktualisiert: 2020-07-01
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Die Arbeit soll einen Beitrag zur Entwicklung aktiver Magnetlager leisten, die sich durch einen besonders niedrigen Wärmeeintrag in den Rotor auszeichnen. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen Pulververbundwerkstoffe im Rotor einzusetzen und eine dafür geeignete Magnetlagerstruktur entworfen. Dabei werden die besonderen Anforderungen des Werkstoffes beachtet und gezielt dessen Vorzüge ausgenutzt. Zugleich wird die Topologie im Hinblick auf minimale Verluste im Rotor optimiert.
Für die daraus resultierende Struktur des dreipoligen Kombilagers wird beispielhaft ein Labormuster mit Hinblick auf die Vergleichbarkeit mit einem vorhandenen konventionellen magnetischen Lager entworfen. Dies erlaubt eine Analyse hinsichtlich der aus dem verwendeten Werkstoff resultierenden besonderen Eigenschaften.
Die neue Lagerstruktur erfordert den Entwurf und die Verifikation angepasster Regelungsstrategien. Da Letzteres soweit wie möglich anhand eines Simulationsmodells mit guter Genauigkeit erfolgen sollte, wird eine domänenübergreifende Modellierungsmethodik auf Basis des Lagrange-Formalismus vorgestellt. So können die Wandlereigenschaft aktiver Magnetlager und Kreiseleffekte in das Modell eingearbeitet werden.
Den Abschluss bilden der Entwurf und die Diskussion zweier Regelungsstrategien, eine lineare basierend auf einer Transformationsmatrix und eine nichtlineare auf Basis exakter Ein-/Ausgangs-Linearisierung. Letztere bietet die Möglichkeit das erarbeitete Lager mit minimalen Flussdichten im Luftspalt und somit optimal hinsichtlich der Verluste im Rotor zu betreiben.
Die Arbeit wird durch einen Vergleich beider Ansätze abgerundet.
Aktualisiert: 2021-12-20
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