Analyse der Wirbelstromeffekte an einem axialen Magnetlagersystem mit der Finite-Elemente-Software FLUX

Vollständig magnetisch gelagerte Antriebe müssen in allen 5 Freiheitsgraden aktiv magnetisch gelagert werden. Da es sich in den meisten Fällen um Hochgeschwindigkeitsanwendungen handelt, muß die Axiallagerscheibe aus massivem Stahl gefertigt werden. Der Eisenkern des Spulenkörpers hingegen könnte aus einzelnen Blechen bestehen, so dass sich in ihm keine wesentlichen Wirbelströme ausbilden würden. Da die Blechung des Eisenkörpers sehr aufwendig ist wird auch dieser meist aus einem massiven Stahlkörper gefertigt. Durch schnelle Feldänderungen werden in den massiven Eisenteilen merkliche Wirbelströme induziert, die bei der Auslegung der Axialenmagnetlager zu berücksichtigen sind. Beim Betrieb der aktiven Magnetlager am Pulsumrichter ist eine relativ genaue Kenntnis der Stromanstiegszeitkonstanten erforderlich. Diese bestimmen maßgeblich die Größe der Stromrippel, die sich bei definierter Pulsfrequenz bzw. Pulsdauer einstellen. Der folgende Beitrag soll zum Verständnis der Wirbelstromeffekte beitragen und Anregungen für den Entwurf und die Auslegung von Axialmagnetlagern geben. Im ersten Abschnitt werden die theoretischen Grundlagen der analytischen Berechnung von Wirbelströmen in massiven Eisenkernen nach Rüdenberg erläutert. Im zweiten Abschnitt werden mit Hilfe der Finiten Elemente Software FLUX die Einflüsse der Wirbelströme auf die Stromanstiegszeit und die Kraftverteilung untersucht. Im dritten Teil werden die berechneten Ergebnisse den Messergebnissen an einem Axiallager gegenübergestellt.