Ursprung und Entwicklung lagerloser Motoren: Nachdem Ferrari und Tesla Mehrphasen-Wechselstromsysteme erfunden hatten, entwickelte Dovorovsky Mitte der 1880er Jahre den Drehstrom-Asynchronmotor. Asynchronmotoren benötigen weder Bürsten noch Kommutatoren, doch die Lagerwartung blieb bei dauerhaftem Hochgeschwindigkeitsbetrieb eine Herausforderung. Nach dem Zweiten Weltkrieg ermöglichte die Entwicklung der Gleichstrom-Magnetlagertechnologie den berührungslosen Betrieb von Motor und Getriebe. Solche Getriebesysteme waren jedoch sehr teuer, da ferromagnetische Objekte nicht stabil in einem konstanten Magnetfeld gelagert werden können. Die Erfindung aktiver Magnetlager löste dieses Problem. Die Lagerung eines starren Rotors mit aktiven Magnetlagern erfordert jedoch die Anwendung von Steuerkräften in fünf Freiheitsgraden, und Magnetlager sind groß, komplex aufgebaut und teuer. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurde zur Gewinnung von angereichertem Uran für die Entwicklung und Nutzung der Kernenergie eine ultraschnelle Zentrifugalseparation benötigt. Magnetlager konnten die Anforderungen an die Lagerung von Hochgeschwindigkeitsmotoren erfüllen, was in Europa zu verschiedenen Forschungsprojekten im Bereich der Magnetlager führte. 1975 meldete Hermann ein Patent für einen lagerlosen Motor an und schlug ein Verhältnis von ±1 zwischen der Anzahl der Polpaare in den Motorwicklungen und der Anzahl der Polpaare in den Magnetlagerwicklungen vor. Mit Hermanns Methode war die Herstellung eines lagerlosen Motors zu diesem Zeitpunkt nicht möglich. Durch weitere Verbesserungen der magnetischen Eigenschaften magnetischer Werkstoffe erlangten Permanentmagnet-Synchronmotoren einen starken Wettbewerbsvorteil. Gleichzeitig ermöglichte der Einsatz von Bipolartransistoren in Kombination mit den von Berlinger vorgeschlagenen verlustfreien Schaltschaltungen die Herstellung einer neuen Generation von Hochleistungsverstärkern, die den Anforderungen lagerloser Motoren gerecht wurden. Um 1985 ermöglichte das Aufkommen schneller und hochbelastbarer Leistungsschalter und digitaler Signalprozessoren die praktische Anwendung der seit über 20 Jahren vorgeschlagenen Vektorregelung für Wechselstrommotoren und löste damit das Problem der digitalen Steuerung lagerloser Motoren. Aufbauend auf diesen technologischen Fortschritten fertigte Bickel von der ETH Zürich Ende der 1980er Jahre den ersten lagerlosen Motor. Fast zeitgleich mit Bickel gelang es A. Chiba aus Japan 1990 erstmals, lagerlose Technologie für Reluktanzmotoren zu entwickeln. 1993 erreichte R. Schoeb von der ETH Zürich als Erster die lagerlose Technologie für Wechselstrommotoren. Der entscheidende Durchbruch für die praktische Anwendung lagerloser Motoren war die Entwicklung eines lagerlosen Permanentmagnet-Synchron-Dünnschichtmotors durch Balletta von der ETH Zürich im Jahr 1998. Diese einfache Motorstruktur reduzierte die Kosten der Steuerungssysteme erheblich und bietet großes Anwendungspotenzial in vielen Bereichen. Im Jahr 2000 entwickelte S. Sliber von der ETH Zürich einen lagerlosen Einphasenmotor und trieb damit die Forschung auf diesem Gebiet weiter voran. Dies senkte die Kosten der Steuerungssysteme nochmals und machte die praktische Anwendung lagerloser Motoren nicht nur denkbar, sondern auch wirtschaftlich. Lagerlose Motoren sind so einfach aufgebaut wie Motoren mit mechanischen Lagern, und ihre elektrischen Steuerungssysteme sind nicht komplex, was ihren Einsatz in vielen Bereichen wirtschaftlich macht. Wir sind überzeugt, dass diese Technologie in naher Zukunft in China breite Anwendung finden wird. Eigenschaften und Anwendungen von lagerlosen Motoren: Lagerlose Motoren basieren auf der Ähnlichkeit zwischen Magnetlagern und der von Motoren erzeugten elektromagnetischen Kraft. Die Wicklungen, die in den Magnetlagern die Radialkraft erzeugen, sind auf dem Motorstator montiert. Dadurch wird eine unabhängige Steuerung des Motordrehmoments und der Radialkraft durch Entkopplungsregelung erreicht. Lagerlose Motoren bieten alle Vorteile von Magnetlagern. Typische Anwendungen sind wartungsfreier Betrieb, lange Lebensdauer und der Transport von sterilen, schadstofffreien und toxischen/gefährlichen Flüssigkeiten oder Gasen. Aktuell werden sie in folgenden Bereichen eingesetzt: 1. In der Halbleiterindustrie werden korrosive Chemikalien für Ätz-, Leiterplattenfertigungs-, Reinigungs- und Polierprozesse benötigt. Die Produktqualität hängt maßgeblich von der Qualität dieser Chemikalien ab, weshalb Flüssigkeitspumpen eine kritische Komponente darstellen. Für korrosive Chemikalien wie Säuren und organische Lösungsmittel müssen Pumpen diese zuverlässig und kontaminationsfrei transportieren, korrosionsbeständig sein und bestimmten Temperaturen standhalten. Herkömmliche pneumatische und Flügelzellenpumpen haben eine kurze Lebensdauer und sind meist nur für Temperaturen bis ca. 100 °C geeignet. Bewegliche Ventile und Flügel erzeugen geringe Mengen an Partikeln, und es kommt beim Flüssigkeitstransport zu ungleichmäßigen Pulsationen, was die Prozessqualität beeinträchtigt. Lagerlose, motorbetriebene, gekapselte Pumpen beheben die Nachteile herkömmlicher Fördermethoden und erfüllen die Anforderungen der Präzisionsfertigung von Halbleiterbauelementen. Aktuell sind bereits 300-W-Pumpen mit lagerlosem, motorbetriebenem Antrieb in der Halbleiterindustrie im Einsatz. 2. In der chemischen Industrie können lagerlose, motorbetriebene, gekapselte Pumpen unter anspruchsvollen Bedingungen wie radioaktiver Strahlung oder hohen Temperaturen die Probleme des Verschleißes und der Wartung von Lagern in der Abfallbehandlung lösen. Der Bedarf an effizienten, gekapselten Förder- und Produktionssystemen in der chemischen Industrie steigt. Herkömmliche, wellengekapselte Pumpen benötigen die Schmierung von Lagern; Berichten zufolge sind 80 % der Ausfälle auf Dichtungsschäden und 20 % auf Lager-, Verbindungs- und andere Fehler zurückzuführen. Für eine sichere Produktion und zur Vermeidung von Umweltverschmutzung sind lagerlose, motorbetriebene, gekapselte Pumpen die beste Wahl. Die ETH Zürich und Sulzer Pumps haben gemeinsam die Entwicklung und Erprobung eines 30-kW-Prototyps einer lagerlosen, gekapselten Pumpe abgeschlossen, der sich nun in der Testphase befindet. 3. In den Lebenswissenschaften ist das Herz die unaufhörlich arbeitende Maschine des Lebens, und wenn es einmal ausfällt, ist es schwer zu reparieren. Der Einsatz künstlicher Herzen, die die Herzfunktion teilweise oder vollständig ersetzen, hat sich als Segen für das Überleben von Herzpatienten erwiesen. Blutpumpen mit mechanischen Lagern erzeugen Reibung und Wärme, die Blutzellen schädigen und Hämolyse, Gerinnung und Thrombose verursachen können, was sogar lebensbedrohlich sein kann. Die von der ETH Zürich und Levitronix entwickelte lagerlose, permanentmagnetmotorbetriebene Blutpumpe und das implantierbare linksventrikuläre Unterstützungssystem werden bereits klinisch eingesetzt. Forschungs- und Anwendungsperspektiven: China forscht seit vielen Jahren an Magnetschwebebahnen und Magnetlagern. Seit Ende der 1990er-Jahre haben Universitäten wie die Jiangsu-Universität, die Technische Universität Shenyang und die Universität für Luft- und Raumfahrt Nanjing Fördermittel der Nationalen Naturwissenschaftlichen Stiftung Chinas für die Forschung an lagerlosen Motoren erhalten und dabei sowohl theoretisch als auch experimentell Erfolge erzielt. Zhu Huanqiu von der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Jiangsu-Universität hat in Zusammenarbeit mit Professor J. Hugel von der ETH Zürich einen 4-kW-Lagerlosen Permanentmagnet-Synchronmotor entwickelt und dabei zentrale technische Herausforderungen wie Sensorik und Leistungsverluste bewältigt. Sie haben den weltweit ersten 4-kW-Lagerlosen Permanentmagnet-Dünnschichtmotor entwickelt, der voraussichtlich noch in diesem Jahr in der Chemie- und Halbleiterindustrie eingesetzt wird. In Ländern wie den USA und Japan finden lagerlose Motoren bereits Anwendung in den Bereichen Biowissenschaften, Pharmazie, Chemie, Halbleiter und Lebensmittel. Mit der weiteren Entwicklung der Wirtschaft meines Landes werden sich traditionelle Übertragungs- und Datenübertragungsmethoden in vielen spezialisierten Bereichen der elektrischen Antriebstechnik zwangsläufig verändern und eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Produktqualität, der Kostensenkung und der Minimierung der Umweltbelastung spielen. Daher besteht in meinem Land ein großes Marktpotenzial für lagerlose Motoren, und die aktive Forschung und Anwendung dieser Motoren ist von praktischer und weitreichender Bedeutung.