In der heutigen Zeit, in der immer kompaktere und leistungsfähigere Produkte gefragt sind, kommen Kleinmotoren in einer Vielzahl von Bereichen zum Einsatz, darunter medizinische Geräte, Industrieanlagen und optische Geräte. Da es jedoch zahlreiche Arten von Kleinmotoren gibt, die sich in ihren Eigenschaften unterscheiden, ist die Auswahl des optimalen Motors nicht einfach.
In diesem Artikel werden die Definitionen und Klassifizierungen von Kleinmotoren erläutert und Anwendungsbeispiele für verschiedene Einsatzbereiche vorgestellt. Darüber hinaus werden die bei der Auswahl zu berücksichtigenden technischen Daten sowie die Vorteile des Einsatzes erläutert, um Ingenieuren praktisches Wissen an die Hand zu geben, mit dem sie den für die Anforderungen ihres Unternehmens am besten geeigneten Kleinmotor finden können.
| Unter der Aufsicht der Vertriebsgruppe für elektronische Bauteile der C.I. TAKIRON Corporation Dieser Artikel wurde auf der Grundlage der hochentwickelten technischen Kompetenz und des Fachwissens erstellt, die wir seit unserer Gründung im Jahr 1919 als führendes Unternehmen in der Kunststoffverarbeitung erworben haben.Unsere Abteilung analysiert kontinuierlich die Markttrends und neuesten Technologien im Bereich ultrakompakter, hochpräziser Mikromotoren und konzentriert sich darauf, Konstrukteuren und Entwicklern Informationen mit hohem Mehrwert zur Verfügung zu stellen. Als Expertenteam mit fundierten Kenntnissen der Produkteigenschaften unterstützen wir Sie durch die Bereitstellung präziser und praxisorientierter Inhalte bei der Lösung Ihrer Herausforderungen und bei technologischen Innovationen. |
Definition und wichtigste Arten von Kleinmotoren
Als Kleinmotoren werden im Allgemeinen Motoren mit einer Leistung von bis zu 100 W bezeichnet, wobei solche mit einer Leistung von bis zu 3 W als Mikromotoren (ultrakompakte Motoren) bezeichnet werden. Hinsichtlich der Stromversorgung lassen sie sich in Gleichstrom- (DC) und Wechselstrommotoren (AC) unterteilen, und auch hinsichtlich ihres Aufbaus gibt es eine Vielzahl von Ausführungen, darunter bürstenbehaftete, bürstenlose, kernlose und Schrittmotoren.
In diesem Kapitel werden die grundlegende Definition von Kleinmotoren sowie die wichtigsten Klassifizierungen und Typen behandelt, die Ingenieure kennen sollten.
Inhalt dieses Abschnitts
- Definition und Klassifizierung von Kleinmotoren nach ihrer Leistung
- Klassifizierung nach Stromversorgung: Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren
- Haupttypen nach Bauweise: kernlos, bürstenlos, Schrittmotor
Wenn Sie die jeweiligen Klassifizierungskriterien verstehen, können Sie die Auswahl an für Ihre Produkte geeigneten Motoren effizient eingrenzen.
Definition und Klassifizierung von Kleinmotoren nach ihrer Leistung
Als Kleinmotoren werden Motoren mit einer Leistung von höchstens 100 W bezeichnet. Es gibt auch Definitionen, die eine Leistung von höchstens 75 W vorsehen, wobei die Kriterien je nach Branche und Fachliteratur leicht voneinander abweichen. Insbesondere Motoren mit einer Leistung von höchstens 3 W werden als Mikromotoren bezeichnet und können bereits mit der Leistung einer Trockenbatterie betrieben werden.
In den letzten Jahren sind dank des technologischen Fortschritts Produkte auf den Markt gekommen, die trotz ihrer kompakten Größe eine hohe Leistung von über 100 W erzielen, sowie Motoren mit einem extrem kleinen Durchmesser von weniger als 4 mm. Aus diesem Grund ist es erforderlich, den Begriff „kompakt“ nicht nur anhand der Leistungswerte, sondern auch unter Berücksichtigung der physikalischen Abmessungen wie Außendurchmesser und Länge zu definieren.
Klassifizierung nach Stromversorgung: Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren
Motoren werden je nach Art der Stromversorgung in Gleichstrommotoren (DC) und Wechselstrommotoren (AC) unterteilt. Bei Kleinmotoren werden überwiegend Gleichstrommotoren eingesetzt. Dies liegt daran, dass sie für den Betrieb mit Niederspannung geeignet sind, sich gut für batteriebetriebene Geräte eignen und über Eigenschaften verfügen, die eine präzise Drehzahlregelung ermöglichen.
Gleichstrommotoren lassen sich in bürstenbehaftete und bürstenlose Motoren unterteilen. Bürstenbehaftete Motoren zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau und eine einfache Steuerung aus, weisen jedoch die Einschränkung auf, dass ihre Lebensdauer durch den Verschleiß der Bürsten begrenzt ist. Bürstenlose Motoren haben keine Bürsten und zeichnen sich daher durch eine lange Lebensdauer aus, wodurch die Wartungshäufigkeit reduziert werden kann.
Haupttypen nach Bauweise: kernlos, bürstenlos, Schrittmotor
Auch bei Gleichstrommotoren unterscheiden sich die Eigenschaften je nach Bauweise erheblich. Die Merkmale der drei wichtigsten Typen sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
| Arten | Strukturelle Merkmale | Wichtigste Vorteile | Beispiele für Anwendungsbereiche |
| Kernloser Motor | Wicklungsaufbau ohne Eisenkern | Ruckelfreier, gleichmäßiger Lauf Hohe Ansprechgeschwindigkeit | Medizinische Geräte Optische Geräte Präzisionssteuerung |
| Bürstenloser Gleichstrommotor | Konstruktion ohne Bürsten und Kommutator | Lange Lebensdauer Geräuscharm Hoher Wirkungsgrad | Industrieanlagen Sicherheitstechnik |
| Schrittmotor | Aufbau zur Winkelsteuerung mittels Impulssignalen | Hohe Positioniergenauigkeit Steuerung im offenen Regelkreis möglich | Positioniersysteme Drucker |
Da kernlose Motoren keinen Eisenkern besitzen, entsteht nahezu kein Ruckdrehmoment (Drehungsunregelmäßigkeit), wodurch ein gleichmäßiger Lauf und eine schnelle Ansprechbarkeit gewährleistet werden. Bürstenlose Gleichstrommotoren weisen keinen Bürstenverschleiß auf und zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer aus. Schrittmotoren zeichnen sich durch eine hervorragende Positioniergenauigkeit aus und ermöglichen eine präzise Winkelsteuerung auch ohne Rückkopplungsregelung.
Anwendungsbeispiele für Kleinmotoren nach Verwendungszweck
Kleine Motoren kommen in vielen Bereichen zum Einsatz, darunter medizinische Geräte, Industriegeräte, optische Geräte, Sicherheitsausrüstung und Hobbyprodukte. Die in den einzelnen Bereichen geforderten Leistungsmerkmale unterscheiden sich.
Im medizinischen Bereich sind hohe Zuverlässigkeit und ein ruckfreier, gleichmäßiger Betrieb, im optischen Bereich eine schnelle Ansprechzeit und geringe Vibrationen sowie im Sicherheitsbereich ein Betrieb bei niedriger Spannung und eine lange Lebensdauer die wichtigsten Anforderungen. In diesem Kapitel werden Anwendungsbeispiele für die verschiedenen Einsatzbereiche sowie die technischen Anforderungen anhand konkreter Beispiele erläutert.
Inhalt dieses Abschnitts
- Anwendung im Bereich der Medizintechnik: Einsatzbereiche, in denen hohe Präzision und Zuverlässigkeit gefordert sind
- Anwendungen im Bereich der optischen Geräte: Schnelle Reaktionszeiten und geringe Vibrationen sind entscheidend
- Anwendung im Bereich Industrieausrüstung und Werkzeuge: Kompakt, leicht und hocheffizient
- Anwendung im Bereich der Sicherheitstechnik: Niederspannungsstart und lange Lebensdauer
- Anwendung in Hobby- und Konsumgütern: Steigerung der Leistungsfähigkeit und Verbesserung der Haltbarkeit
Anhand konkreter Beispiele aus verschiedenen Bereichen werden wir die technischen Eigenschaften, die an Kleinmotoren gestellt werden, näher kennenlernen.
Anwendungen im Bereich der Medizintechnik: Einsatzbereiche, in denen hohe Präzision und Zuverlässigkeit gefordert sind
Bei medizinischen Geräten hat die Patientensicherheit oberste Priorität, weshalb von den Motoren eine hohe Zuverlässigkeit und präzise Steuerung erwartet werden. Kernlose Motoren kommen in den folgenden medizinischen Geräten zum Einsatz.
[ Wichtigste eingesetzte Geräte]
- Endoskop (Steuerung der Biegung an der Spitze)
- Chirurgische Roboter (präzise Bewegungssteuerung)
- Dialysegerät (mit Blutpumpenantrieb)
- Infusionspumpe (dosierte Zufuhr von Medikamenten)
- Insulinpumpe (Feinsteuerung der Insulinabgabe)
- Geräte für die zahnärztliche Wurzelkanalbehandlung (rotierender Antrieb für Wurzelkanalinstrumente)
Da kernlose Motoren einen ruckfreien und gleichmäßigen Lauf gewährleisten, erfüllen sie die Anforderungen im medizinischen Bereich, wo selbst kleinste Vibrationen und Drehzahlschwankungen unerwünscht sind. Darüber hinaus ermöglichen sie dank ihrer hohen Ansprechgeschwindigkeit ein schnelles Anlaufen und Anhalten und eignen sich somit auch für den Einsatz in Notfällen.Bei der Entwicklung medizinischer Geräte müssen auch das Qualitätsmanagementsystem für Motoren sowie die langfristige Versorgungssicherheit als Auswahlkriterien berücksichtigt werden.
Anwendungen im Bereich der optischen Geräte: Schnelle Reaktionszeiten und geringe Vibrationen sind entscheidend
Für den Antrieb von Objektiven verschiedener Kameratypen ist eine schnelle und präzise Positionierung erforderlich. Da bei kernlosen Motoren nahezu kein Rastmoment auftritt, lassen sich feine Vibrationen beim Objektivantrieb unterdrücken. Dadurch werden Drehungsunregelmäßigkeiten beseitigt, die zu Bildverwacklungen und Fokusabweichungen führen, und es werden Aufnahmen in hoher Bildqualität ermöglicht.
Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen zählen Autofokus-Mechanismen, Bildstabilisatoren und Blendenverstellmechanismen. Da kernlose Motoren ein geringes Trägheitsmoment aufweisen und ein schnelles Anlaufen, Anhalten und Umkehren ermöglichen, eignen sie sich auch hervorragend für die Motivverfolgung.
Anwendung im Bereich Industrieausrüstung und Werkzeuge: Kompakt, leicht und hocheffizient
Bei industriellen Elektrowerkzeugen und handgeführten Geräten sind Motoren gefragt, die trotz ihrer kompakten Bauweise ein hohes Drehmoment liefern. Da kernlose Motoren keinen Eisenkern besitzen, lassen sie sich kompakt gestalten und tragen so zur Entlastung der Bediener bei.
| Anforderungsmerkmale | Einsatz in kernlosen Motoren | Vorteile für das Produkt |
| Kompakte Bauweise | Kompakte Bauweise durch eine Konstruktion ohne Eisenkern | Beitrag zur Verkleinerung des Produkts |
| Energieeinsparung | Reduzierung des Stromverbrauchs durch hocheffizienten Antrieb | Verlängerung der Akkulaufzeit |
| Vibrationsarm | Ruckelfreier, gleichmäßiger Lauf | Verbesserte Arbeitsgenauigkeit |
| Haltbarkeit | Stoßfeste Konstruktion | Einsatz unter rauen Umgebungsbedingungen |
Bei akkubetriebenen Elektrowerkzeugen wirkt sich eine Verringerung des Stromverbrauchs direkt auf die Akkulaufzeit aus. Da kernlose Motoren besonders effizient arbeiten, ermöglicht eine einzige Akkuladung eine längere Einsatzdauer. Zudem sorgt die geringere Vibration für mehr Stabilität bei der Arbeit, was wiederum zu einer Verbesserung der Produktqualität führt.
Anwendung im Bereich der Sicherheitstechnik: Niederspannungsstart und lange Lebensdauer
Bei batteriebetriebenen Sicherheitsgeräten wie elektronischen Schlössern und Smart Locks stehen Energieeffizienz und lange Lebensdauer im Vordergrund. Um einen langfristigen Betrieb mit begrenzter Batteriekapazität zu gewährleisten, ist ein Motor erforderlich, der auch bei niedriger Spannung zuverlässig anspringt.
Unter den Mikromotoren gibt es Modelle, die bereits bei einer extrem niedrigen Spannung von mindestens 1,0 V starten können und auch bei geringem Batteriestand einen stabilen Betrieb gewährleisten. Durch die Kombination aus Niederspannungsbetrieb und langer Lebensdauer ergeben sich folgende Vorteile:
[ Vorteile beim Einsatz in Sicherheitsgeräten ]
- Verringerung der Häufigkeit des Batteriewechsels (Verbesserung des Benutzerkomforts)
- Gewährleistung der Haltbarkeit bei häufigem Ver- und Entriegeln
- Langfristiger, stabiler Betrieb dank geringem Stromverbrauch
- Einfacher Einbau in das Innere des Türschlosses dank der kompakten Bauweise
Da Sicherheitsgeräte für Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Ausfälle nicht zulässig sind, sind die Zuverlässigkeit der Motoren und das Qualitätsmanagementsystem entscheidende Faktoren bei der Kaufentscheidung.
Anwendung in Hobby- und Konsumgütern: Steigerung der Leistungsfähigkeit und Verbesserung der Haltbarkeit
Bei ferngesteuerten Modellen, Elektrofahrrädern und Schönheitsgeräten sind hochleistungsfähige Motoren mit langer Lebensdauer erforderlich, um die Produkte von der Konkurrenz abzuheben. Da die Qualität des Motors als Kernkomponente die Bewertung des gesamten Produkts maßgeblich beeinflusst, muss die Auswahl mit großer Sorgfalt erfolgen.
Durch den Einsatz kompakter, vibrationsarmer und langlebiger kernloser Motoren ist die Entwicklung von Produkten möglich, die eine hohe Kundenzufriedenheit gewährleisten. Bei Servomotoren für ferngesteuerte Modelle führt die geringe Vibration direkt zu einer höheren Steuerungsgenauigkeit, während bei Schönheitsgeräten die vibrationsarmen Eigenschaften für einen leiseren Betrieb sorgen.
Kriterien für die Auswahl von Kleinmotoren und Vorteile ihres Einsatzes
Um den optimalen Kleinmotor auszuwählen, müssen Sie nicht nur die technischen Daten wie Größe, Drehmoment, Drehzahl und Spannung überprüfen, sondern auch die Eigenschaften entsprechend der Einsatzumgebung und dem Verwendungszweck genau beurteilen.
In diesem Kapitel werden die wichtigsten Spezifikationen, die bei der Auswahl eines Motors zu berücksichtigen sind, sowie die Vorteile des Einsatzes von Kleinmotoren – insbesondere von kernlosen Motoren – (u. a. kompaktere und leichtere Produkte, geringerer Stromverbrauch, Reduzierung von Vibrationen und Geräuschen sowie längere Lebensdauer) zusammengefasst.
Inhalt dieses Abschnitts
- Wichtige technische Daten, die bei der Auswahl eines Motors zu beachten sind
- Fünf Vorteile durch den Einsatz von kernlosen Motoren
- Der Mehrwert einer Zusammenarbeit mit Herstellern bereits ab der Entwicklungsphase
Durch einen angemessenen Auswahlprozess lassen sich gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte steigern und die Entwicklungsrisiken verringern.
Wichtige technische Daten, die bei der Auswahl eines Motors zu beachten sind
Bei der Auswahl eines Motors müssen die Spezifikationen, die den Produktanforderungen entsprechen, lückenlos überprüft werden. Die wichtigsten zu überprüfenden Punkte sind die folgenden:
| Zu überprüfende Punkte | Inhalt | Zu beachtende Punkte bei der Auswahl |
| Abmessungen (Durchmesser, Länge) | Abmessungen, die in den Einbauraum passen | Berücksichtigung der Befestigungsart sowie möglicher Kollisionen mit umgebenden Bauteilen |
| Spannung (Nennspannung) | Für die Versorgungsspannung geeignete Spannung | Falls ein Start bei niedriger Spannung erforderlich ist, überprüfen Sie bitte auch die Mindeststartspannung |
| Drehmoment (Anlauf- und Nennwert) | Die zum Antrieb der Last erforderliche Drehkraft | Bei der Auswahl muss unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors ein ausreichender Spielraum vorgesehen werden |
| Drehzahl (Leerlauf, Nennbetrieb) | Für den jeweiligen Einsatzzweck geeignete Drehzahl | Bitte prüfen Sie auch die Kombination mit einem Untersetzungsgetriebe |
| Einsatzbedingungen | Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Explosionsschutzanforderungen usw. | In besonderen Umgebungen sind unter Umständen spezielle Ausführungen erforderlich |
| Option | Mit Getriebekopf, mit Encoder | Zu berücksichtigen bei Anwendungen, die eine Positionssteuerung oder eine Drehzahlreduzierung erfordern |
Durch die vorherige Klärung dieser Anforderungen lassen sich die in Frage kommenden Motoren effizient eingrenzen. Insbesondere hinsichtlich der Einsatzumgebung ist es erforderlich, die Einsatzbedingungen des Produkts – wie beispielsweise den Temperaturbereich, die Stoßfestigkeit sowie die Staub- und Wasserdichtigkeit – genau zu erfassen.
Fünf Vorteile durch den Einsatz von kernlosen Motoren
Durch den Einsatz von kernlosen Motoren ergeben sich bei der Produktentwicklung die folgenden fünf Vorteile.
[Die fünf Vorteile von kernlosen Motoren]
- Reibungsfreier, gleichmäßiger Lauf und geringe Vibrationen
- Schnelles Starten, Stoppen und Umkehren dank hoher Reaktionsgeschwindigkeit
- Erweiterung der Gestaltungsfreiheit bei der Produktentwicklung durch kompakte Bauweise
- Energieeinsparung und Verlängerung der Akkulaufzeit durch geringen Stromverbrauch
- Erhöhte Zuverlässigkeit und geringere Wartungshäufigkeit dank langer Lebensdauer
Diese Eigenschaften tragen unmittelbar zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der Produkte bei. Die coggingfreie Eigenschaft ist bei medizinischen Geräten und optischen Geräten von Vorteil. Die schnelle Ansprechzeit eignet sich für Kameras und Industriegeräte, während die kompakte Bauweise den Gestaltungsspielraum erweitert.
Der Mehrwert einer Zusammenarbeit mit Herstellern bereits ab der Entwicklungsphase
Für die Auswahl des optimalen Motors hat es sich bewährt, bereits in der frühen Entwicklungsphase technische Beratungen mit dem Hersteller durchzuführen. Selbst wenn die Anforderungen noch nicht endgültig feststehen, können Sie durch die gemeinsame Erörterung des Anwendungszwecks und der Einsatzbedingungen Vorschläge für optimale Lösungen erhalten.
Die Zusammenarbeit mit Herstellern bietet vielfältige Vorteile. Zuallererst ist zu nennen, dass sich die Möglichkeiten zur kundenspezifischen Anpassung nicht nur auf Katalogprodukte beschränken, sondern je nach Anwendungszweck erweitert werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich das Risiko einer Einführung durch die Bewertung der Produkte anhand von Mustern verringern lässt.
Zusammenfassung
Als Kleinmotoren gelten Motoren mit einer Leistung von bis zu 100 W, die in einer Vielzahl von Bereichen wie Medizin, Industrie, Optik, Sicherheitstechnik und Hobby zum Einsatz kommen. Je nach Anwendungsbereich werden unterschiedliche Eigenschaften gefordert: Im medizinischen Bereich sind vor allem ein ruckfreier Lauf und hohe Präzision von Bedeutung, im optischen Bereich schnelle Reaktionszeiten und geringe Vibrationen, während im Sicherheitsbereich ein Start bei niedriger Spannung und eine lange Lebensdauer die Hauptanforderungen darstellen.
Bei der Auswahl eines Motors empfiehlt es sich, nicht nur die technischen Daten zu prüfen, sondern bereits in der Entwicklungsphase in Zusammenarbeit mit dem Hersteller Muster zu evaluieren. Durch den Einsatz von kernlosen Motoren lassen sich kompaktere Produkte mit höherer Leistung, geringerem Energieverbrauch und längerer Lebensdauer realisieren. Sollten Sie bei der Produktentwicklung auf Schwierigkeiten stoßen, wenden Sie sich bitte an einen spezialisierten Hersteller.
Produktinformationen und Kontakt
Ausführliche Informationen zu den Mikromotoren von C.I. Takiron finden Sie auf der folgenden Website.
- Produktseite: https://cik-ele.com/
- Kernlose Motoren: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Bürstenlose Motoren: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Getriebemotoren: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Encoder: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Sollten Sie bei der Auswahl von Kleinmotoren für Ihre Produktentwicklung auf Schwierigkeiten stoßen, können Sie sich gerne über das Kontaktformular an uns wenden. Unsere technischen Berater werden Ihre Anwendungszwecke und Anforderungen mit Ihnen besprechen und Ihnen die optimale Lösung vorschlagen.
- Kontakt: https://cik-ele.com/contact/
