Oberwellengerechter Entwurf eines elektronisch kommutierten Axialflussmotors für den Einsatz in Elektrowerkzeugen

In dieser Arbeit wird ein permanentmagnetisch erregter bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) in axialer Bauform für den Einsatz in einem handgeführten Elektrowerkzeug untersucht. Hierzu wird ein Referenzmotor in der Anwendung Akku-Bohrschrauber messtechnisch analysiert und klassifiziert, und es werden Anforderungen abgeleitet. Zum Nachweis der Machbarkeit wird ein Prototyp-Motor fertigungstechnisch realisiert, auf einem Prüfstand vermessen und dessen Einsatz bewertet.

Der entwickelte Entwurfsprozess des Prototypen basiert auf einem Grobentwurf mit anschließender numerischer Optimierung des magnetischen Kreises. Hierbei werden Kommutierungseffekte und deren Auswirkungen auf das Betriebsverhalten mittels Näherungen berücksichtigt. Das messtechnisch ermittelte Betriebsverhalten des Prototypen verifiziert abschließend die Ergebnisse aus den analytischen Ansätzen wie auch der numerischen Feldberechnung.

Die eingeführten analytischen Berechnungsmethoden beschäftigen sich ausgiebig mit der oberwellengerechten Beschreibung von Luftspaltfeldern elektrischer Maschinen mit blockförmigen Stromverläufen. Es wird ein wichtiger Beitrag zur Modellierung elektromagnetischer Luftspaltkräfte in permanentmagnetisch erregten Maschinen geleistet. Hierzu wird im Detail auf die energetischen Verhältnisse im magnetischen Kreis eingegangen, und es werden die Auswirkungen bei deren Änderung auf die resultierenden Kräfte aufgezeigt, bewertet und analytisch geschlossen hergeleitet.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse, Berechnung und Fertigung von hoch ausgenutzten Motoren in axialer Bauform. Aufgrund der geringen Anzahl an realisierten Aufbauten im Bereich <1kW leistet diese Arbeit einen wichtigen Beitrag zur Bewertung, Einordnung und Diskussion des axialen Motorkonzepts im Vergleich zum konventionellen BLDC Motor.