Sarasa Diss Zusa

Zusammenfassung Dissertation Dr.-Ing. Markus Sarasa

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen Motor unter Verwendung von neuen kunststoffgespritzten weichmagnetischen Werkstoffen aufzubauen und auf sein Betriebsverhalten hin zu untersuchen. Dieses Ziel konnte erreicht werden. Ein FeSi-Compound wird verwendet, um das Ankerpaket eines permanentmagneterregten Gleichstrommotors aufzubauen. Der Motor mit dem kunststoffgespritzten Anker erreicht bei einer Ankerspannung von 8V ca. 65% des maximalen Drehmoments M-max bei einer mehr als doppelt so hohen Drehzahl n-max. Vergleichbare Ergebnisse liegen auch bei Spannungen von 4V und 6V vor, die aufgrund der simulierten Betriebskennlinien auch bei höheren Spannungen erwartet werden können.
Ein weiteres Ziel war neben der Entwicklung der neuen kunststoffgespritzten Werkstoffe auch deren elektrische, mechanische und magnetische Charakterisierung. Es zeigt sich, dass die untersuchten neuen Werkstoffe verminderte mechanische und weichmagnetische Eigenschaften gegenüber konventionellen Werkstoffen aufweisen. Durch die guten Formgebungs- und Integrationsmöglichkeiten, die dreidimensionalen magnetischen Eigenschaften und die geringen Ummagnetisierungsverluste weisen diese neuen Werkstoffe aber auch Vorteile gegenüber Elektroblechen, Sintermaterialien oder Pulververbundwerkstoffen auf.
Wenn es gelingt, die mechanischen und magnetischen Eigenschaften entscheidend zu verbessern, sowie die produktionssichere Herstellung von geometrisch komplexen kunststoffgespritzten, weichmagnetischen Komponenten zu gewährleisten, können diese Werkstoffe eine sinnvolle Alternative zu den konventionellen im Elektromaschinenbau verwendeten weichmagnetischen Werkstoffen sein. Eventuell können komplett neue Motortopologien bessere Einsatzmöglichkeiten unter Ausnutzung der Vorteile, die die kunststoffgespritzten weichmagnetischen Werkstoffe offerieren, bieten.
Die Entwicklung eines analytischen Berechnungsverfahrens zur Bestimmung der Wirbelstromverlustleistung der kunststoffgespritzten Werkstoffe war neben dem Aufbau eines Funktionsmusters ein weiteres Ziel. Da die sehr geringen Wirbelstromverlustleistungen der kunststoffgespritzten, weichmagnetischen Materialien mit hier vorhandenen Einrichtungen nicht messbar sind, ist ein Vergleich zwischen berechneten und gemessenen Werten nicht möglich. Die berechneten Wirbelstromverlustleistungen sind ebenfalls sehr gering, sodass nur eine tendenzielle Übereinstimmung mit den gemessen Werten festzustellen ist. Die grundsätzliche Korrektheit des vorgestellten Berechnungsverfahrens wird jedoch an massiven Hohlzylindern aus den verwendeten weichmagnetischen Füllmaterialien gezeigt. Vergleiche mit Messungen der Wirbelstromverlustleistung ergeben gute Übereinstimmungen.