Ein Motor ist ein Gerät, das elektrische Energie in Drehbewegung umwandelt, und wird in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, darunter medizinische Geräte, optische Geräte und Industriewerkzeuge. Wenn Sie einen Motor auswählen, hilft Ihnen das Verständnis der grundlegenden Funktionsweise dabei, das für Ihren Anwendungszweck geeignete Produkt zu ermitteln.
Da sich Gleichstrommotoren, bürstenlose Motoren, kernlose Motoren und andere Motortypen hinsichtlich ihres Aufbaus und ihrer Eigenschaften unterscheiden, ist es wichtig, diese Unterschiede zu verstehen. In diesem Artikel werden der grundlegende Aufbau und das Funktionsprinzip von Motoren, die Merkmale der wichtigsten Motortypen sowie die Auswahlkriterien für industrielle Anwendungen erläutert.Ingenieure, die im Rahmen der Produktentwicklung für die Auswahl von Motoren zuständig sind, können diesen Artikel als Referenz für eine auf technischen Grundlagen basierende Auswahl nutzen.
| 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. |
Grundlegender Aufbau und Funktionsweise eines Motors
Um die Funktionsweise eines Motors zu verstehen, müssen Sie die einzelnen Bauteile sowie die Grundprinzipien der Elektromagnetik kennen.
Inhalt dieses Abschnitts
- Die wichtigsten Bauteile eines Motors
- Der Mechanismus der Drehbewegung durch elektromagnetische Kraft (Lorentzkraft)
- Die Funktion des Kommutators und der Bürsten
Anhand des Beispiels eines Gleichstrommotors werden wir hier Schritt für Schritt den Mechanismus erläutern, durch den die Drehbewegung entsteht.
Die wichtigsten Bauteile eines Bürstenmotors
Ein Motor besteht aus mehreren Bauteilen, die zusammenwirken. Die wichtigsten Komponenten sind die folgenden:
| Bezeichnung des Bauteils | Funktion |
| Stator | Der feststehende, nicht rotierende Teil. Er erzeugt mithilfe von Permanentmagneten ein Magnetfeld. |
| Rotor | Der rotierende Teil. Er ist mit Wicklungen versehen und erzeugt durch die Wechselwirkung mit dem Magnetfeld ein Drehmoment. |
| Wicklung (Spule) | Durch den fließenden Strom wird ein Magnetfeld erzeugt, das eine Drehkraft erzeugt |
| Permanentmagnet | sind im Stator angeordnet und erzeugen ein konstantes Magnetfeld |
| Kommutator | Wechselt je nach Drehbewegung die Stromrichtung in der Wicklung und ermöglicht so eine kontinuierliche Drehung |
| Bürste | Gleitkontakt, der den Strom von einer externen Stromquelle zum Kommutator leitet |
Diese Bauteile arbeiten zusammen und wandeln elektrische Energie in eine mechanische Drehbewegung um.
Der Mechanismus der Drehbewegung durch elektromagnetische Kräfte (Lorentzkraft)
Wenn man durch eine Spule einen Strom fließen lässt, entsteht um diese herum ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld und das Magnetfeld eines Permanentmagneten wirken aufeinander ein, wodurch eine elektromagnetische Kraft entsteht. Nach der linken Handregel von Fleming gilt: Sind die Richtung des Magnetfelds und die Richtung des Stroms festgelegt, so ist auch die Richtung der Kraft eindeutig bestimmt.
Konkret wirkt eine Kraft in Richtung des Daumens, wenn Sie den Mittelfinger Ihrer linken Hand in Richtung des Stromflusses und den Zeigefinger in Richtung des Magnetfelds ausrichten. Durch diese Kraft wird der Rotor angedrückt, wodurch die Drehbewegung in Gang gesetzt wird. Die zwischen dem Nord- und Südpol des Magneten angeordnete Spule wird bei jedem Stromfluss in eine bestimmte Richtung beaufschlagt, was zu einer kontinuierlichen Drehbewegung führt.
Die Funktion des Kommutators und der Bürsten
Wenn sich der Rotor um eine halbe Umdrehung dreht, kehrt sich die relative Position der Spulen um. Würde man den Strom weiterhin in dieselbe Richtung fließen lassen, würde sich auch die Richtung der Kraft umkehren, wodurch die Drehung zum Stillstand käme. Der Kommutator ist das Bauteil, das dieses Problem löst.
Der Kommutator besteht aus segmentierten Metallstücken, die auf der Drehachse angebracht sind und die Stromrichtung entsprechend der Drehbewegung des Rotors automatisch umschalten. Die Bürsten sind Kontaktpunkte, die von einer festen Position aus den Kommutator berühren und kontinuierlich Strom aus einer externen Stromquelle zuführen. Durch diesen Mechanismus fließt stets Strom in der richtigen Richtung durch die Spulen, sodass sich der Motor kontinuierlich in dieselbe Richtung dreht.
Unterschiede bei den Motortypen und deren Funktionsprinzipien
Es gibt zwar zahlreiche Arten von Motoren für industrielle Anwendungen, doch in Bereichen wie kleinen Präzisionsgeräten, medizinischen Geräten und optischen Geräten kommen bestimmte Motortypen besonders häufig zum Einsatz.
Inhalt dieses Abschnitts
- Gleichstrom-Motor (DC) ohne Kern
- Bürstenloser Motor
- Getriebemotor (ein Produkt, bei dem Motor und Getriebe in einem Gehäuse vereint sind)
Machen Sie sich mit den jeweiligen Funktionsprinzipien und Eigenschaften vertraut und wählen Sie die für Ihren Anwendungszweck geeigneten Produkte aus.
Gleichstrom-Motor (DC) ohne Kern
Im Gegensatz zu herkömmlichen Gleichstrommotoren verfügen kernlose Motoren über keinen Eisenkern (Kern) im Rotor. Die Spulen sind zylinderförmig oder flach geformt, und die Spulen selbst fungieren als Rotor. Da kein Eisenkern vorhanden ist, treten kaum magnetische Ruckler (Unregelmäßigkeiten in der Drehbewegung) auf.
| Eigenschaften | Vorteile von kernlosen Motoren |
| Laufruhe | Dank der ruckfreien Drehung sind Vibrationen und Geräusche äußerst gering |
| Reaktionsfähigkeit | Geringes Trägheitsmoment, schnelle Start- und Stoppvorgänge |
| Größe | Da auf einen Eisenkern verzichtet wird, ist eine Verkleinerung möglich |
| Effizienz | Keine Eisenverluste und hohe Energieeffizienz |
Es eignet sich für Anwendungen, bei denen hohe Präzision und geringe Vibrationen erforderlich sind, wie beispielsweise bei Antrieben für medizinische Endoskope oder bei Fokussiermechanismen für optische Geräte.
Bürstenloser Motor
Ein bürstenloser Motor verfügt, wie der Name schon sagt, über keine Bürsten und keinen Kommutator. Während bei herkömmlichen Gleichstrommotoren die Stromumschaltung mechanisch über Bürsten und Kommutator erfolgte, übernimmt bei bürstenlosen Motoren eine elektronische Schaltung diese Aufgabe. Im Rotor sind Permanentmagnete angeordnet, und der durch die Spulen auf der Statorseite fließende Strom wird elektronisch gesteuert umgeschaltet.
| Eigenschaften | Vorteile von bürstenlosen Motoren |
| Lebensdauer | Keine Bürstenabnutzung, lange Lebensdauer und wartungsfrei |
| Geräuscharmut | Da keine Reibung durch Bürsten auftritt, ist der Betrieb geräuscharm |
| Elektrische Störungen | Es entstehen keine Funken durch den Kontakt der Bürsten, wodurch das Rauschen gering ist |
| Regelbarkeit | Durch elektronische Steuerung ist eine präzise Regelung der Drehzahl und der Position möglich |
Es wird häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen ein stabiler Betrieb über einen langen Zeitraum erforderlich ist, wie beispielsweise bei Industriegeräten und Haushaltsgeräten. Es eignet sich zudem für den Einsatz in Kombination mit störanfälligen elektronischen Geräten.
Getriebemotor (ein Produkt, bei dem Motor und Getriebeeinheit zu einer Einheit zusammengefasst sind)
Ein Getriebemotor ist ein Produkt, bei dem ein Getriebekopf (Untersetzungsgetriebe) mit dem Motorkörper kombiniert ist. Selbst wenn ein Motor für sich genommen eine hohe Drehzahl und ein geringes Drehmoment aufweist, lassen sich über den Getriebekopf die Drehzahl verringern und das Drehmoment erhöhen.
Die wichtigsten Vorteile von Getriebemotoren sind folgende:
[Merkmale von Getriebemotoren]
- Erzielung einer hohen Drehmomentleistung bei niedrigen Drehzahlen
- Der Aufwand für die getrennte Beschaffung von Motor und Getriebekopf entfällt
- Platzsparend und einfach in Geräte zu integrieren
- Durch die Wahl des Untersetzungsverhältnisses und des Wirkungsgrades lassen sich die Drehmomentkennlinien anpassen
Sie eignen sich für Anwendungen wie Industriewerkzeuge, Sicherheitsausrüstung und Förderanlagen, bei denen bei niedrigen Drehzahlen hohe Kräfte erforderlich sind. Da Motor und Getriebekopf in einem Gehäuse integriert sind, entfällt die Prüfung der Kombination in der Konstruktionsphase, was ebenfalls zur Verkürzung der Entwicklungszeit beiträgt.
Wichtige Aspekte bei der Auswahl von Motoren für industrielle Anwendungen
Bei der Auswahl eines Motors müssen die für den jeweiligen Anwendungszweck erforderlichen Leistungsanforderungen klar definiert werden.
Inhalt dieses Abschnitts
- Anforderungen an Motoren für medizinische und optische Geräte
- Anforderungen an Motoren für Industrie- und Sicherheitsgeräte
- Gründe, warum man sich für die Mikromotoren von C.I. Takiron entscheidet
Machen Sie sich mit den in den jeweiligen Bereichen geforderten Eigenschaften vertraut und wählen Sie den für Ihre Produktentwicklung am besten geeigneten Motor aus.
Anforderungen an Motoren für medizinische und optische Geräte
Bei medizinischen Geräten und optischen Geräten sind die Regelgenauigkeit und die Stabilität entscheidend für die Produktleistung. Im Kamerantrieb eines Endoskops führen bereits geringste Vibrationen zu Bildverwacklungen. Auch beim Autofokus-Mechanismus ist es erforderlich, dass die Linse schnell und präzise bewegt werden kann.
| Anforderungsmerkmale | Konkrete Anforderungen |
| Laufruhe | Minimierung von Vibrationen und Geräuschen durch ruckfreies Laufverhalten |
| Reaktionsfähigkeit | Sicherstellung der Positioniergenauigkeit durch schnelles Starten und Stoppen |
| Kompakt | Konstruktion, die in den begrenzten Platz im Inneren des Geräts passt |
| Zuverlässigkeit | Langfristige Betriebsstabilität und Qualitätsmanagementsystem |
Als Motoren, die diese Anforderungen erfüllen, finden kernlose Motoren breite Anwendung. Dies liegt daran, dass ihre Konstruktion ohne Eisenkern sowohl einen gleichmäßigen Lauf als auch eine schnelle Ansprechzeit ermöglicht.
Anforderungen an Motoren für Industrie- und Sicherheitsgeräte
Bei Industriewerkzeugen und Sicherheitsgeräten werden andere Eigenschaften gefordert als bei medizinischen und optischen Geräten. Elektrische Schraubendreher und Nagelpistolen müssen trotz ihrer kompakten Bauweise ein hohes Drehmoment entwickeln. Bei elektronischen Schlössern und Smart Locks wird ein lang andauernder Betrieb im batteriebetriebenen Modus vorausgesetzt.
An industrielle Werkzeuge werden folgende Eigenschaften gestellt:
[Anforderungen an Motoren für Industriewerkzeuge]
- Die Vereinbarkeit von hohem Drehmoment und kompakter Bauweise
- Widerstandsfähigkeit gegen Stürze und Stöße
- Ein hocheffizientes Design zur Reduzierung des Batterieverbrauchs
Bei Sicherheitsgeräten hingegen legen man Wert auf einen Start bei niedriger Spannung und Energieeffizienz. Wenn ein Motor bereits bei einer niedrigen Spannung von etwa 1,0 V zuverlässig anläuft, kann er auch bei geringem Batteriestand weiterarbeiten. Durch die Auswahl eines Getriebemotors entsprechend der jeweiligen Anwendung lassen sich auch niedrige Drehzahlen bei hohem Drehmoment realisieren.
Gründe, warum sich Kunden für die Mikromotoren von C.I. Takiron entscheiden
C.I. Takiron verfügt über ein breites Produktangebot, darunter kernlose Motoren, bürstenlose Motoren und Getriebemotoren. Die Gründe, warum man sich für unser Unternehmen entscheidet, sind unsere technologische Überlegenheit und unsere Flexibilität.
Kernlose Motoren zeichnen sich durch eine gleichmäßige Drehbewegung ohne Ruckeln sowie eine schnelle Ansprechzeit aufgrund eines geringen Trägheitsmoments aus und erfüllen damit die Präzisionsanforderungen von Herstellern medizinischer und optischer Geräte. Eine weitere Stärke ist die hohe Zuverlässigkeit, die auf der Entwicklung und Qualitätssicherung in Japan beruht.
Das Unternehmen stellt bereits ab der Prototypenphase Muster zur Verfügung und bietet maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Anwendungszwecke an. Die Tatsache, dass eine Beratung bereits in der Phase möglich ist, in der die Spezifikationen noch nicht endgültig feststehen, wird von vielen Ingenieuren sehr geschätzt.
Zusammenfassung
Ein Motor ist ein Gerät, das nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion elektrische Energie in Drehbewegung umwandelt. Komponenten wie Stator, Rotor, Spulen und Permanentmagnete wirken zusammen, und die elektromagnetische Kraft, die auf der linken Handregel von Fleming beruht, erzeugt die Drehbewegung.
Kernlose Motoren sorgen für einen ruckfreien und gleichmäßigen Lauf und eignen sich daher besonders für medizinische und optische Geräte. Bürstenlose Motoren zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer und Wartungsfreiheit aus, während Getriebemotoren ideal für Industrieanlagen sind, bei denen niedrige Drehzahlen und ein hohes Drehmoment erforderlich sind.
Bei der Auswahl eines Motors müssen Anforderungen wie Drehmoment, Ansprechverhalten, Schwingungspegel und Leistungsaufnahme klar definiert werden, um ein für den jeweiligen Anwendungszweck geeignetes Produkt auszuwählen. Im Bereich der Präzisionsgeräte ist eine auf technischen Grundlagen basierende Auswahl entscheidend für die Produktleistung.
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/
