Ausgangspunkt für die Auslegung eines Magnetlagersystems sind die Kraft- und Geometrieverhältnisse entsprechend der Systemanforderung. Auf Basis dieser Information erfolgt eine Auswahl des Lagertyps und eine Festlegung der Spulentopologie zur Krafterzeugung. Mithilfe einer analytischen Berechnung kann bereits eine Abschätzung erforderlichen Geometrieverhältnisse des Magnetlagers getroffen werden.
Anhand einer Finite-Elemente (FE) Simulation ist es möglich, die Auslegung des magnetischen Kreises zu optimieren. Für die Optimierung werden Aspekte wie Lagerkraft, Linearität, Sättigungseffekte, Streupfade als auch Eisenverluste berücksichtigt.

Nach erfolgter magnetischer Auslegung erfolgt eine Integration der Magnetlager in das Gesamtsystem. Dieses besteht oftmals aus zwei Radialmagnetlagern, einem Axialmagnetlager und einem Motor, wodurch alle sechs Freiheitsgrade des Rotors vorgegeben werden können. Weitere Bestandteile eines konventionellen Systems sind eine Positionssensorik zur Erfassung der Rotorposition und Notlauflager als Rückfallebene für die Magnetlager.
Bei der Integration der Magnetlager stellen eine effiziente Ausnutzung des Bauraums und eine einfache Assemblierung oftmals wichtige Aspekte dar. Sensorlose Regelungsmethoden können hier Vorteile schaffen, da kein Bauraum für Sensoren erforderlich ist.

Bei aktiven Magnetlagern werden mit Hilfe von Elektromagneten Kräfte erzeugt, bei denen im Gegensatz zu klassischen Lagern mechanische Eigenschaften wie Steifigkeit und Dämpfung gezielt beeinflusst werden können. Dies ermöglicht u.a. die Realisierung verschiedener Kompensationen, wie z.B. einer Unwucht-Kompensation. Allerdings sind aktive Magnetlager instabile Systeme, die eine stabilisierende Regelung benötigen.
Wir beschäftigen uns mit einem breiten Spektrum an Regelungsstrategien, welche eine hohe Robustheit der Regelung über den gesamten Drehzahlbereich des Systems ermöglichen. Durch gezielte Berücksichtigung von rotordynamischen Effekten kann selbst bei komplexen Rotoren eine hohe Regelungsgüte erreicht werden.

Eine aktive Regelung eines Magnetlagersystems bedarf einer Positionsinformation, die nach heutigem Stand der Technik durch Positionssensoren bereitgestellt wird. Mithilfe eines sensorlosen Verfahrens zur Positionsbestimmung ist es in gewissen Applikationen jedoch möglich, Vorteile hinsichtlich Kosten, Bauraum und Ausfallssicherheit zu erreichen.
Am Institut wurde ein sensorloses Verfahren entwickelt, welches eine sensorlose Regelung von aktiven Magnetlagern ermöglicht. Das Verfahren beruht auf der Änderung der magnetischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Rotorposition. Durch eine Auswertung von Testimpulsen ist eine Bestimmung der Rotorposition ohne Unterbrechung der Stromregelung möglich.

Die Elektronik stellt eine wichtige Komponente für den Betrieb des Gesamtsystems dar. Neben der Ansteuerung der krafterzeugenden Magnetlagerspulen ist auch eine Aufbereitung und Auswertung von Analogsignalen des Magnetlagers erforderlich. Das Herzstück der Elektronik stellt ein leistungsstarker Signalprozessor (bzw. Mikrocontroller) dar, welcher eine echtzeitfähige Abarbeitung der Regler-Routine für die Strom- bzw. Positionsregelung ermöglicht.
Um einen möglichst hohen Integrationsgrad zu erreichen, kann die Magnetlager- und die Motorelektronik auch kombiniert ausgeführt werden.