Ein Beitrag zur thermal-elektromechanischen Modellierung magnetisch gelagerter Wellen unter Vakuumbedingungen

Magnetlager bieten im Vergleich zu mechanischen Lagern eine Reihe von Vorteilen z. B. hinsichtlich Lebensdauer, induzierter Mikrovibration, auftretender Verlustleistungen undWartungsaufwand. Allerdings führen sie zu einem komplexen mechatronischen System, welches durch eine Vielzahl elektromechanischer und thermischer Faktoren beeinflusst wird. Diese Arbeit stellt erstmals eine Möglichkeit vor, thermische Analysen einer im Vakuum betriebenen magnetisch gelagerten Welle an Modelle ihres elektromechanischen Kreises zu koppeln. Mithilfe dieser Kopplung können Effekte abgebildet werden, welche durch getrennte Analyse des thermischen und elektromechanischen Verhaltens nicht darstellbar sind. Die Modelle wurden für eine Vielzahl von geometrischen und physikalischen Eigenschaften parametrisiert. Die abgeleiteten Algorithmen sind in MATLAB® implementiert und durch die grafische Benutzeroberfläche „MagBeS – Magnetic Bearing Simulator“ aufrufbar. Es werden Beispielanalysen aufgeführt, die die Wechselwirkungen zwischen thermalem und elektromechanischem Verhalten veranschaulichen und es wird gezeigt, dass zusätzliche potenziell kritische Betriebszustände mit dieser Modellierung identifiziert werden können. Außerdem wird ein neuartiger Ansatz zur experimentellen Bestimmung der im Rotor auftretenden Verlustleistungen mithilfe von Temperaturmessungen und thermischen Analysen vorgestellt.