In Vakuumanwendungen, wie Molekularpumpen oder Schwungradenergiespeichern, treffen oftmals hohe Drehzahlen auf schwierige Kühlbedingungen. Es besteht daher der Bedarf nach aktiven Magnetlagern mit einem besonders geringem Leistungsbedarf sowie geringen Ummagnetisierungsverlusten im Rotor. Die zur Verlustminimierung prädestinierten Pulververbundwerkstoffe (SMC - Soft Magnetic Composites) finden aufgrund ihrer geringen mechanischen Festigkeit bisher keine Anwendung in industriellen Hochgeschwindigkeitsanwendungen. In diesem Artikel wird das DFG-Projekt „Verlustarme magnetische Radial-/Axiallagerung unter Verwendung von Pulververbundwerkstoffen“ zusammengefasst sowie abschließend der experimentelle Nachweis erbracht, dass die neu entwickelte dreipolige Lagerstruktur mit kombiniertem Radial- und Axiallager den Einsatz von SMC auch bei Drehzahlen von bis zu 30 000 U/min erlaubt. Eine Projizierung der Messergebnisse auf verlustoptimierte industrielle SMC-Sorten verspricht zudem ein Reduzierungspotential der Ummagnetisierungsverluste von mindestens 23 – 44%, wobei insbesondere kompakte und hochausgenutzte Geometrien im Vorteil sind.

Dans cette thèse nous présentons une étude des pertes de puissance en haute fréquence dans les rotors des machines synchrones à aimants permanent. Dans le cas des champs harmoniques temporels au rotor, nous avons montré par calcul éléments finis en 3D que la règle de segmentation des aimants présente une anomalie. Par conséquent, nous avons développé une étude sur l’efficacité de la segmentation à deux dimensions des aimants permanents, avec l’optimisation de la de segmentation des aimants afin de minimiser les pertes par courants de Foucault. Un simple critère est proposé mettant en évidence l’influence de l’effet de peau dans le calcul des pertes à haute fréquence. En deuxième lieu nous avons étudié les pertes rotoriques dues à la modification du champ fondamental par la denture statorique, Dans ce but nous avons proposé un modèle analytique représentant cette modification par un champ homogène dans une maquette 2D/3D. Ce modèle met en évidence l’influence des paramètres géométriques de la machine sur les pertes de puissance dans le rotor. Il était validé par calcul en éléments finis dans une couche mince. Le modèle analytique a donné les résultats acceptables en absence de l’effet de peau dans le cas des aimants longs. Par contre il reste à améliorer pour le calcul de pertes par denture dans les tôles du rotor. / In this thesis we present a study of high frequency rotor power losses in permanent magnet synchronous machines. In case of time harmonic fields we have shown by an analysis and confirmed by 3D finite element calculation an anomaly of the segmentation rule of the magnet. Consequently, we have proposed algorithms of optimization of the magnet segmentation aiming the minimization of eddy current losses, with a simple criterion on influence of the skin effect in losses calculation in high frequency. In the second part of the theses we have analyzed the rotor power losses dues to the stator slot harmonics. In case of homogeneous field we have proposed an analytical formulation taking into account machine’s geometrical parameters. We have then tested this model with aid of the finite element calculation. The analytical model gives acceptable results in absence of the skin effect in long magnets, but its application in laminated steels hasn’t proved successful.