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Untersuchungen zur Miniaturisierung von BLDC-Positonierantrieben für die minimalinvasive Chirurgie

Hofbauer, Mathias :
Untersuchungen zur Miniaturisierung von BLDC-Positonierantrieben für die minimalinvasive Chirurgie.
Technische Universität Darmstadt
[Diplom- oder Magisterarbeit], (2007)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Am Institut EMK werden Antriebe für die minimalinvasive Chirurgie entwickelt, welche in einem intrakorporalen Manipulator (INKOMAN) eingesetzt werden sollen. Ein in dieser Arbeit entwickeltes und durchgeführtes Verfahren schätzt aus den Motordaten real ausgeführter Motoren die Eignung unterschiedlicher Bauformen bürstenloser Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) ab und bildet eine Entscheidungsgrundlage zur Auswahl eines Motorprinzips in geeigneter Größe für die Verwendung in INKOMAN. Als Kennwert dient die auf ein bestimmtes Drehmoment bezogene normierte Verlustleistung.

Theoretische Grundlagen zum Wirkprinzip und Betrieb eines BLDC-Motors werden ebenfalls angesprochen, wie auch verschiedene Bauformen erläutert, die sich am Markt durchgesetzt haben.

Im praktischen Teil dieser Arbeit wird ein Positionierantrieb auf Basis eines BLDC-Außenläufermotors mittlerer Größe und hoher Flussverkettung entwickelt und aufgebaut. Dieser dient als Demonstrator der Wirkweise eines BLDC-Motors für die Vorlesung "Elektrische Kleinantriebe" des Instituts EMK. Über ein dSpace-basiertes Mess- und Regelsystem können Klemmengrößen des realen Motors sowie Regelkonzepte grafisch dargestellt und visualisiert werden. Dazu dient ein kompakter Versuchsaufbau. Ein tragbarer PC beinhaltet Mess- und Regelsystem sowie die Spannungsversorgung für Elektronik und Motor.

Der Versuchsstand ermöglicht Messungen des Motor-Streuflusses, deren Ergebnisse zur Ermittlung der aktuellen Rotorlage herangezogen werden. Dies soll externe Positionsgeber vermeiden und somit indirekt die Leistungsdichte von Positionierantrieben vergrößern. Es werden Verfahren zur mathematischen und praktischen Auswertung erläutert, sowie Messungen durchgeführt. Ein optimierter Rotor, welcher in dieser Arbeit modelliert und realisiert wird, verbessert die Signalgüte des Streuflusses.

Die Erweiterung des Versuchsstands mit einem Winkelmesssystem erlaubt präzise Messungen der Rotorlage, so dass die Ergebnisse der Lagedetektion über den Streufluss mit dem tatsächlichen Winkel des Rotors verglichen und eine Fehlerabschätzung durchgeführt werden kann.

Als Messelemente für statische und dynamische Messungen des Streuflusses werden analoge Hallsensoren ausgewählt. Die theoretischen Hintergrunde sowie ihre Funktionsweise werden intensiv erläutert und die Eigenschaften der vorhandenen Hallsensoren bestimmt, welches die Grundlage zur Auswahl eines Messelementes bietet. In diesem Zusammenhang wird ein Prüfstand modelliert und entwickelt, mit dem die statischen und dynamischen Kennlinien digitaler und analoger Hallsensoren bestimmt werden können. Die dynamischen Grenzen des Prüfstands werden ermittelt und sein Einsetzungsbereich festgelegt.

Typ des Eintrags: Diplom- oder Magisterarbeit
Erschienen: 2007
Autor(en): Hofbauer, Mathias
Titel: Untersuchungen zur Miniaturisierung von BLDC-Positonierantrieben für die minimalinvasive Chirurgie
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Am Institut EMK werden Antriebe für die minimalinvasive Chirurgie entwickelt, welche in einem intrakorporalen Manipulator (INKOMAN) eingesetzt werden sollen. Ein in dieser Arbeit entwickeltes und durchgeführtes Verfahren schätzt aus den Motordaten real ausgeführter Motoren die Eignung unterschiedlicher Bauformen bürstenloser Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) ab und bildet eine Entscheidungsgrundlage zur Auswahl eines Motorprinzips in geeigneter Größe für die Verwendung in INKOMAN. Als Kennwert dient die auf ein bestimmtes Drehmoment bezogene normierte Verlustleistung.

Theoretische Grundlagen zum Wirkprinzip und Betrieb eines BLDC-Motors werden ebenfalls angesprochen, wie auch verschiedene Bauformen erläutert, die sich am Markt durchgesetzt haben.

Im praktischen Teil dieser Arbeit wird ein Positionierantrieb auf Basis eines BLDC-Außenläufermotors mittlerer Größe und hoher Flussverkettung entwickelt und aufgebaut. Dieser dient als Demonstrator der Wirkweise eines BLDC-Motors für die Vorlesung "Elektrische Kleinantriebe" des Instituts EMK. Über ein dSpace-basiertes Mess- und Regelsystem können Klemmengrößen des realen Motors sowie Regelkonzepte grafisch dargestellt und visualisiert werden. Dazu dient ein kompakter Versuchsaufbau. Ein tragbarer PC beinhaltet Mess- und Regelsystem sowie die Spannungsversorgung für Elektronik und Motor.

Der Versuchsstand ermöglicht Messungen des Motor-Streuflusses, deren Ergebnisse zur Ermittlung der aktuellen Rotorlage herangezogen werden. Dies soll externe Positionsgeber vermeiden und somit indirekt die Leistungsdichte von Positionierantrieben vergrößern. Es werden Verfahren zur mathematischen und praktischen Auswertung erläutert, sowie Messungen durchgeführt. Ein optimierter Rotor, welcher in dieser Arbeit modelliert und realisiert wird, verbessert die Signalgüte des Streuflusses.

Die Erweiterung des Versuchsstands mit einem Winkelmesssystem erlaubt präzise Messungen der Rotorlage, so dass die Ergebnisse der Lagedetektion über den Streufluss mit dem tatsächlichen Winkel des Rotors verglichen und eine Fehlerabschätzung durchgeführt werden kann.

Als Messelemente für statische und dynamische Messungen des Streuflusses werden analoge Hallsensoren ausgewählt. Die theoretischen Hintergrunde sowie ihre Funktionsweise werden intensiv erläutert und die Eigenschaften der vorhandenen Hallsensoren bestimmt, welches die Grundlage zur Auswahl eines Messelementes bietet. In diesem Zusammenhang wird ein Prüfstand modelliert und entwickelt, mit dem die statischen und dynamischen Kennlinien digitaler und analoger Hallsensoren bestimmt werden können. Die dynamischen Grenzen des Prüfstands werden ermittelt und sein Einsetzungsbereich festgelegt.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Ähnlichkeit, Drehwinkelmessung, Gleichstrommotor bürstenlos BLDC, Halleffekt, Hallsensor, Kleinmotorenprüfstand, Positionsmessung, Streufluss magnetischer
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 31 Aug 2011 10:20
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1632

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 09-10-2006

Ende Datum: 19-04-2007

Querverweis: 17/24 EMKDIS35

Studiengang: Mechatronik (MEC)

Vertiefungsrichtung: Mechatronik (MEC)

Abschluss: Diplom (MEC)

ID-Nummer: 17/24 EMKD 1632
Gutachter / Prüfer: Schemmer, Dipl.-Ing. Benedikt ; Hoppach, Dr.-Ing. Elmar ; Werner, Dipl.-Ing. Reinhard ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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