Permanentmagneterregter Synchronmotor mit integrierter Energieübertragung in das Läufersystem

Bei vielen Anwendungen wird elektrische Energie auf einem beweglichen Bauteil benötigt. Besonders oft ist dies bei rotierenden Wellen der Fall. Denkbar ist beispielsweise die Versorgung einer mitrotierenden Sensorik mit elektrischer Energie. Beim bisherigen Stand der Technik werden zur Lösung dieser Probleme entweder Konstruktionen mit galvanischer Kopplung, wie Schleifringe und Schleppkabel, oder kontaktlose Methoden, hauptsächlich Ferritübertrager, eingesetzt. Alle diese Methoden haben gemeinsam, dass eine weitere Baugruppe neben dem eigentlichen Antrieb in die Anlage eingebaut werden muss. Dadurch wird zum einen zusätzlicher Bauraum benötigt, zum anderen steigen der Konstruktionsaufwand und die Kosten. Es ist daher geboten, Möglichkeiten zur integrierten und kontaktlosen Energieübertragung zu untersuchen. Es werden mehrere verschiedene Konzepte vorgestellt und bewertet. Das im Rahmen der vorliegenden Arbeit ausgearbeitete Konzept integriert die kontaktlose, induktive Energieübertragung in das Aktivteil des Antriebsmotors. Probleme wie abgenutzte Kohlebürsten oder gebrochene Schleppkabel können so vermieden werden. Die Arbeit befasst sich mit der analytischen Untersuchung, der Optimierung, dem Bau und der messtechnischen Überprüfung eines permanentmagneterregten Elektromotors mit integrierter, kontaktloser Energieübertragung vom Ständer auf das Läufersystem. Bei dem hier vorgestellten Motor handelt es sich um eine permanentmagneterregte Synchronmaschine mit je einer zusätzlichen Drehstromwicklung im Ständer und im Läufer zur Übertragung der elektrischen Energie in das Läufersystem. Die beiden Funktionen Antrieb und Energieübertragung sind dabei voneinander unabhängig. Das bedeutet, dass beide Funktionen über getrennte Hardware verfügen. Es existieren also zwei Umrichter und zwei Wicklungen, die sich die Nuten von nur einem Aktivteil teilen. Die Unabhängigkeit beider Funktionen wird durch eine geeignete Wahl der Wicklungsparameter erreicht. Auch die Regelung beider Funktionen ist unabhängig voneinander. Die Funktionen können parallel oder auch einzeln arbeiten. Die getrennte Realisierung der zwei Funktionen erleichtert die Dimensionierung der Maschine, da jede Funktion in bestimmten Grenzen für sich alleine optimiert werden kann. Außerdem erhöht sich die Betriebssicherheit durch die getrennte Ausführung beider Funktionen.