Die Anforderungen an Antriebe sind heute höher, bei gleichen Abmessungen ist oft mehr Leistung gefragt. Neue Außenläufer-Motoren von Faulhaber liefern nun höhere Drehmomente bei kleiner Bauweise.

Bild: iStock, LuckyTD

Leistung in neuen Dimensionen Bürstenlose DC-Flachmotoren mit mehr Drehmoment

13.05.2019

Der Einbauplatz für Motoren ist in vielen Anwendungen knapp bemessen. Vor allem wenn drehmomentstarke Antriebe gefordert sind, die aufgrund der Einbausituation in axialer Richtung möglichst kurz ausfallen müssen, ist es oft schwierig, die ideale Lösung zu finden. Anwender sind dann auf Kompromisse angewiesen. Neue Außenläufer-Motoren mit spezieller Wicklungstechnik liefern nun deutlich höhere Drehmomente, als es bisher in dieser Größe und Bauart möglich war.

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Die Anforderungen an Antriebe verändern sich, bei gleichen Abmessungen ist heute oft mehr Leistung gefragt. Um in der Antriebstechnik an die Grenzen des physikalisch Machbaren für sehr kompakte, aber trotzdem extrem drehmomentstarke Motoren zu kommen, spielen der Aufbau der Motorwicklung und ihre Fertigung eine entscheidende Rolle.

Hier hat der Antriebsspezialist Faulhaber angesetzt und auf Basis klassischer Außenläufer-Motoren die neue Motorfamilie Faulhaber BXT entwickelt. Dank der Wicklungstechnik und optimierter Auslegung liefern die bürstenlosen DC-Servomotoren Drehmomente bis zu 134 Millinewtonmeter bei einem Durchmesser von 22, 32 beziehungsweise 42 Millimeter. Damit übertreffen die kompakten Motoren die in dieser Antriebsklasse bisher üblichen Standards. Da die Motoren in axialer Richtung nur 14, 16 beziehungsweise 21 Millimeter kurz sind, lassen sie sich auch bei platzkritischen Applikationen einfach unterbringen.

Mit den drei Baugrößen sind viele unterschiedliche Antriebsaufgaben lösbar. Bei einer Unterarm-Prothese bieten sich beispielsweise der kleine Motor für die Hand und der mittlere Motor für den Ellenbogen an. Weiterhin finden sich Einsatzmöglichkeiten bei Robotergreifern, in der industriellen Automation, in humanoiden Robotern und selbst in der Biorobotik für motorisierte – also kraftunterstützende – Hand-Exoskelette kommen die kleinen Kompaktantriebe infrage.

Darüber hinaus bieten die Motoren weitere Vorteile: So überzeugen sie durch ihre guten Gleichlaufeigenschaften, wovon zum Beispiel Dialysegeräte und medizinische Pumpen profitieren. Durch den hohen Kupferfüllfaktor und die Auslegung der Polschuhe ist das Magnetfeld stark und das Rastmoment nur sehr klein. Der Wirkungsgrad der Motoren übertrifft den vergleichbarer Motoren in dieser Größe und Bauart deutlich.

So liefern die Motoren eine Dauerleistung von bis zu 100 Watt. Kundenspezifische Modifikationen an der elektrischen und der mechanischen Schnittstelle der Motoren sind verfügbar. Die Motoren haben standardmäßig Einzellitzen und bieten damit eine flexible elektrische Schnittstelle für verschiedenste Anwendungen. Weiterhin gibt es ein Steckerkonzept zum Anschluss von Steuerungen. Die Baureihe ist ausgelegt für Drehzahlbereiche bis 10.000 Umdrehungen pro Minute und lässt sich mit verschiedenen Getrieben, Encodern, Bremsen und Steuerungen aus dem Faulhaber Programm kombinieren.

Mit diesem Baukasten steht ein perfekt abgestimmtes Antriebssystem zur Verfügung. Die Motoren sind standardmäßig mit digitalen Hallsensoren ausgestattet. Durch ihre hohe Polzahl können die Motoren bereits mit den digitalen Hallsensoren sehr präzise drehzahlgeregelt werden.

Die Motoren werden mit oder ohne Gehäuse angeboten. Die ungehäusten Ausführungen BXT R empfehlen sich besonders für drehzahlgeregelte Anwendungen, in welchen hohen Leistungen umgesetzt werden, da die Wärme in den ungehäusten Ausführungen optimal abgeführt wird. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass der Rotor in der Anwendung frei drehen kann. Die gehäusten Ausführungen BXT H empfehlen sich besonders für Positionieranwendungen, da sie mit einer Vielzahl optischer und magnetischer Encoder kombiniert werden können. Die Gehäuse der BXT H dienen als Schutz vor Berühren und vor Schmutz, sie sind durchmesserkonform und damit genauso wie die ungehäusten Motoren BXT R sehr kompakt.

Ein starkes „Herz“

Das Wichtigste ist jedoch das „Herz“ der neuen Motoren: die elektromagnetische Auslegung von Stator und Rotor. Mit 14 starken NdFeB-Einzelmagneten auf dem Rotor und 12 Zähnen auf dem Stator treffen bewährte Technologien auf eine innovative Wickeltechnik. Der Kupferfüllfaktor im aktiven Teil der Wicklung ist bemerkenswert hoch, gleichzeitig ist der Platzverbrauch durch das Verlegen der Drähte auf ein Minimum reduziert.

Bildergalerie

  • Das „Herz“ der drehmomentstarken Motoren: innovative Wicklung und optimale Auslegung von Stator und Rotor.

    Bild: Faulhaber

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