Entwurf, Modellierung und nichtlineare Regelung eines integrierten Radial-Axial-Magnetlagers

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.