Lagerloser reluktanter Rotations-Linear-Motor

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ralf Werner
• Fachliche Zuordnung: Elektrische Energiesysteme, Power Management, Leistungselektronik, elektrische Maschinen und Antriebe
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277701070

Lagerloser reluktanter Rotations-Linear-MotorMagnetgelagerte Antriebe bieten durch ihre Berührungslosigkeit gegenüber Antrieben mit konventioneller Lagerung eine Reihe von Vorteilen. Es treten weder mechanischer Verschleiß, noch Laufgeräusche oder Stick-Slip-Effekte auf. Darüber hinaus wird kein Schmierstoff benötigt. Bei einer aktiven Regelung der Lagerung können eine sehr große Lagersteifigkeit sowie eine hohe Präzision bis in den Submikrometerbereich erreicht werden.Rotations-Linear-Motoren ermöglichen Rotationen und Translationen in einer Motoreinheit unabhängig voneinander. Die bisher bekannten Ausführungen dieses Antriebs weisen jedoch mechanische Lagerungen mit den entsprechenden Nachteilen auf.Lagerlose Motoren vereinen Motor und Magnetlagerung zu einer Einheit mit höherer Volumenausnutzung, verbesserter Präzision und einfacherer Montage. Sie bieten alle Vorteile einer Magnetlagerung, können jedoch bislang nur entweder Translation oder Rotation ausführen.Die Bauweisen der beiden oben genannten Antriebe sind oft aufwändig und kostenintensiv, bedingt durch aufwändige Lagerungen und Magnetkreisgeometrien oder durch den Einsatz von Permanentmagneten.Ziel der Forschungsarbeiten ist die Entwicklung eines lagerlosen Reluktanzmotors, welcher sowohl Rotationen als auch Translationen ausführen kann. Dadurch lässt sich eine einfache, robuste und kostengünstige Bauweise erreichen. Der Motor wird mit einer auf dessen Spezifika zugeschnittenen Regelung betrieben, die in ihrer Form neuartig ist. Diese basiert auf der Findung einer optimalen Inversen zum Motormodell.Zunächst wird das Regelungsverfahren theoretisch aufbereitet und in einem DSP implementiert. Mit Hilfe von numerischen Feldberechnungen erfolgt die Parametrierung des Motormodells. Nach Konstruktion und Aufbau eines Versuchsstands folgen die Inbetriebnahme und die Einstellung der Reglerparameter.Im ersten Untersuchungsschritt werden das Führungs- und Störgrößenverhalten der Regelung untersucht und die Reglerparameter sowie der Regelungsalgorithmus weiter optimiert.Danach soll die Toleranz der Regelung bezüglich Abweichungen des Motormodells gegenüber dem realen Motor untersucht werden.Weiterhin soll das Regelungsverfahren dahingehend modifiziert werden, dass minimale Querkräfte im Läufer auftreten. Dadurch werden Verformungen verringert und die Präzision weiter erhöht.Eine weitere Modifikation der Regelung verfolgt das Ziel einer Minimierung der mittleren Wicklungsströme. Dadurch werden Stromwärmeverluste verringert und die Energieeffizienz verbessert.Der lagerlose reluktante Rotations-Linear-Motor stellt in Verbindung mit der flexiblen Regelungsstrategie ein sehr universell einsetzbares Antriebselement dar. Es können sehr hohe Positioniergenauigkeiten in allen Freiheitsgraden erreicht werden. Die Bauweise des reluktanten lagerlosen Antriebs ist robust, kompakt und aufgrund ihrer Einfachheit tendenziell kostengünstiger als bisherige Antriebe.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen