Bei der Entwicklung von Industriegeräten, bei denen präzise Regelungsleistung und hoher Wirkungsgrad gefordert sind, ist die Auswahl des Motors ein entscheidender Faktor, der die Leistung des Produkts maßgeblich beeinflusst. In den letzten Jahren finden kernlose Motoren in Bereichen, in denen Miniaturisierung und hohe Präzision gefragt sind – wie beispielsweise bei medizinischen Geräten, optischen Geräten und Sicherheitsausrüstung – zunehmend Beachtung.
Dank ihrer einzigartigen Konstruktion ohne Eisenkern vereinen kernlose Motoren eine gleichmäßige Drehbewegung und eine schnelle Ansprechbarkeit, was mit herkömmlichen Motoren nur schwer zu erreichen war.
In diesem Artikel erläutern wir ausführlich die grundlegende Funktionsweise von kernlosen Motoren, ihre konkreten Vorteile im industriellen Einsatz sowie konkrete Anwendungsbeispiele. Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihnen als Orientierungshilfe bei der Auswahl von Motoren im Rahmen Ihrer Produktentwicklung dienen wird.
| 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. |
Was ist ein kernloser Motor? Grundlegender Aufbau und Funktionsweise
Im Folgenden werden der grundlegende Aufbau und das Funktionsprinzip von kernlosen Motoren erläutert. Es wird erklärt, wie durch den einzigartigen Aufbau ohne Eisenkern das Ruckdrehmoment erheblich reduziert und ein gleichmäßiger Lauf erreicht wird.
Inhalt dieses Abschnitts
- Grundlegender Aufbau eines kernlosen Motors
- Konstruktionsunterschiede gegenüber herkömmlichen Motoren
- Funktionsprinzip und Mechanismus der coggingfreien Technologie
Im Folgenden werden wir die einzelnen Elemente näher betrachten.
Grundlegender Aufbau eines kernlosen Motors
Kernlose Motoren verfügen über eine Konstruktion, bei der auf einen Eisenkern verzichtet wird und die Spulen zylindrisch oder flächig gewickelt sind. Während bei herkömmlichen Gleichstrommotoren der Eisenkern in der Mitte des Rotors angeordnet ist, besteht ein kernloser Motor ausschließlich aus Spulen, wobei auf den Eisenkern verzichtet wird.
Da kein Eisenkern vorhanden ist, wird der Rotorbereich erheblich leichter, wodurch sich das Trägheitsmoment verringert. Diese Eigenschaft verbessert das Ansprechverhalten beim Anlaufen und beim Anhalten und ermöglicht eine schnelle und präzise Steuerung. Die zylindrischen Spulen sind entweder innerhalb oder außerhalb der Permanentmagnete angeordnet, sodass sie sich innerhalb des Magnetfelds drehen.
Konstruktionsunterschiede gegenüber herkömmlichen Motoren
Im Vergleich zu herkömmlichen Gleichstrommotoren mit Eisenkern weisen kernlose Motoren einige deutliche konstruktive Unterschiede auf. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Unterschiede zusammengefasst.
| Thema | Allgemeine Informationen zu Gleichstrommotoren | Kernlose Motoren |
| Rotorkonstruktion | Mit Eisenkern | Ohne Eisenkern (nur Spule) |
| Kogging-Drehmoment | Tritt auf | Tritt so gut wie nicht auf |
| Rotorgewicht | Relativ schwer | Leicht |
| Trägheitsmoment | groß | Klein |
| Reaktionsfähigkeit | Standardmäßig | Schnelle Reaktion |
| Eisenverluste | vorhanden | keine |
| Effizienz | Standard | Hohe Effizienz |
Der größte Unterschied besteht darin, dass der Rotor keinen Eisenkern aufweist. Bei herkömmlichen Motoren wird der Eisenkern dazu verwendet, den Magnetfluss effizient zu bündeln, verursacht jedoch gleichzeitig magnetische Unregelmäßigkeiten (Kogging-Drehmoment).
Durch den Verzicht auf einen Eisenkern konnten bei kernlosen Motoren magnetische Ungleichmäßigkeiten nahezu vollständig beseitigt werden. Da kein Eisenkern vorhanden ist, ist der Rotor zudem leichter, wodurch sich das Trägheitsmoment verringert. Da keine Eisenverluste durch den Eisenkern entstehen, wird zudem ein effizienter Betrieb gewährleistet.
Funktionsprinzip und Mechanismus der coggingfreien Technologie
Der Grund dafür, dass kernlose Motoren kein Rastmoment erzeugen, liegt darin, dass sie keinen Eisenkern besitzen. Bei herkömmlichen Motoren entsteht zwischen dem Eisenkern und den Permanentmagneten eine magnetische Anziehungskraft, wodurch es zu einem Rastmoment kommt, bei dem das Drehmoment je nach Drehposition schwankt.
Da sich bei einem kernlosen Motor lediglich die Spule im Magnetfeld dreht, entsteht diese magnetische Anziehungskraft nicht.Wird durch die Spule Strom geleitet, entsteht gemäß der linken Handregel von Fleming eine elektromagnetische Kraft, wodurch ein gleichmäßiges Drehmoment erzielt wird. Da der Magnetfluss gleichmäßig verläuft, treten kaum Drehschwankungen auf, was eine äußerst präzise Drehzahlregelung und Positionierung ermöglicht.
Fünf Vorteile von kernlosen Motoren und deren Anwendung in Industrieanlagen
Wir erläutern Ihnen ausführlich die fünf wichtigsten Vorteile, die den Einsatz von kernlosen Motoren in Industrieanlagen rechtfertigen.
Inhalt dieses Abschnitts
- Vorteil 1: Hochpräzise Steuerung durch coggingfreies Betrieb
- Vorteil 2: Schnelle Reaktionszeiten und hohe Startleistung
- Vorteil 3: Platzsparende Geräte dank kompakter Bauweise
- Vorteil 4: Geringer Stromverbrauch und längere Akkulaufzeit
- Vorteil 5: Lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit
Im Folgenden wird konkret erläutert, in welchen Anwendungsbereichen diese Eigenschaften jeweils ihren Nutzen entfalten.
Vorteil 1: Hochpräzise Steuerung durch coggingfreies Betrieb
Da kein Eisenkern vorhanden ist, entsteht praktisch kein Rastmoment, wodurch eine äußerst gleichmäßige Drehbewegung erzielt wird. Da Drehungleichmäßigkeiten auf ein Minimum reduziert werden, verbessern sich die Genauigkeit der Drehzahlregelung und der Positionierung erheblich.
Bei Infusionspumpen und Beatmungsgeräten in der Medizintechnik steht die feine Einstellung des Durchflusses in direktem Zusammenhang mit der Sicherheit der Patienten, weshalb eine hochpräzise Regelung unerlässlich ist. Dank der gleichmäßigen Drehcharakteristik von kernlosen Motoren ist eine genaue Durchflussregelung möglich.
Beim Antrieb von Objektiven in optischen Geräten können bereits geringste Vibrationen zu einer Verschlechterung der Bildqualität führen; dank der koggingfreien Eigenschaften lässt sich jedoch eine hochauflösende Bildqualität aufrechterhalten.
Vorteil 2: Schnelle Reaktionszeiten und hohe Startgeschwindigkeit
Dank der leichten Rotorkonstruktion ist das Trägheitsmoment gering, was ein schnelles Anlaufen und Anhalten ermöglicht. Die Zeit vom Beginn der Drehung bis zum Erreichen der Solldrehzahl wird verkürzt, wodurch Verzögerungen bei der Regelung auf ein Minimum reduziert werden.
Beim Autofokusmechanismus einer Digitalkamera muss das Objektiv in dem Moment, in dem das Motiv erfasst wird, mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden, weshalb eine schnelle Reaktionsfähigkeit erforderlich ist. Dank der schnellen Reaktionsfähigkeit des kernlosen Motors ist eine präzise Fokussierung möglich, sodass Sie keinen entscheidenden Moment verpassen.
Auch bei den Servomechanismen von Industrierobotern kommt diese Eigenschaft in Situationen zum Tragen, in denen ein sofortiger Bewegungswechsel erforderlich ist.
Vorteil 3: Platzsparende Bauweise der Geräte dank kompakter Konstruktion
Durch den Verzicht auf einen Eisenkern lässt sich der Motor selbst kompakter gestalten. Da bei gleichbleibender Leistung Platz eingespart werden kann, erhöht sich der Gestaltungsspielraum für das gesamte Produkt.
Bei tragbaren medizinischen Geräten ist eine kompakte Bauweise unerlässlich, um die Belastung für den Patienten zu verringern. Durch den Einsatz von kernlosen Motoren lassen sich die Größe und das Gewicht des gesamten Geräts reduzieren, ohne dass die erforderliche Leistungsfähigkeit beeinträchtigt wird.
Auch bei Handwerkzeugen tragen sie zur Verringerung der Ermüdung der Bediener und zur Verbesserung der Handhabung bei, was wiederum zu einer Steigerung der Arbeitseffizienz führt. Bei elektronischen Geräten, in denen mehrere Funktionen auf begrenztem Raum untergebracht sind, stellt die kompakte Bauweise von kernlosen Motoren einen großen Vorteil dar.
* Auch wenn der Rotor durch den Verzicht auf einen Eisenkern an Gewicht einsparen lässt, ist es möglich, dass der Motor insgesamt nicht an Gewicht einsparen lässt.
Vorteil 4: Geringer Stromverbrauch und längere Akkulaufzeit
Dank der hocheffizienten Konstruktion wird der Stromverbrauch gering gehalten, was einen langen Betrieb von batteriebetriebenen Geräten ermöglicht. Da keine Eisenverluste durch einen Eisenkern auftreten, wird die zugeführte elektrische Energie effizient in Drehkraft umgewandelt.
Bei elektronischen Schlössern und Smart Locks beeinträchtigt ein häufiger Batteriewechsel den Komfort für den Nutzer. Dank des geringen Stromverbrauchs der kernlosen Motoren ist in der Regel ein Betrieb von sechs Monaten bis zu einem Jahr mit einem einzigen Batteriewechsel möglich.
Auch bei tragbaren Sicherheitsgeräten führt eine Verlängerung der Akkulaufzeit in Situationen, in denen eine lange, ununterbrochene Überwachung erforderlich ist, unmittelbar zu einer Senkung der Betriebskosten. Die Energieeffizienz wird zudem unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der Umweltbelastung geschätzt.
Vorteil 5: Lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit
Sie weisen einen geringen mechanischen Verschleiß auf und behalten über einen langen Zeitraum hinweg eine stabile Leistung bei. Im Vergleich zu herkömmlichen Motoren mit Eisenkern können kernlose Motoren dank ihres leichten Rotors die Belastung der Lager verringern. Darüber hinaus lässt sich aufgrund des geringen Trägheitsmoments der rotierenden Teile die mechanische Belastung beim Anlaufen und Stoppen reduzieren.
Sie kommen in Bereichen zum Einsatz, in denen eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich ist, beispielsweise in der Medizintechnik oder bei Sicherheitsausrüstung – also in Anwendungsbereichen, in denen Ausfälle nicht toleriert werden dürfen. Bei industriellen Gaswarngeräten sind ein kontinuierlicher Betrieb unter gefährlichen Umgebungsbedingungen sowie eine Minimierung der Wartungshäufigkeit unerlässlich. Dank der langen Lebensdauer der kernlosen Motoren wird ein stabiler Betrieb über einen langen Zeitraum gewährleistet, was zur Verbesserung der Zuverlässigkeit des gesamten Systems beiträgt.
Industrielle Anwendungen und Einsatzbeispiele für kernlose Motoren
Wir stellen Ihnen konkrete Anwendungsbereiche und Beispiele vor, in welchen Industriezweigen kernlose Motoren tatsächlich zum Einsatz kommen.
Inhalt dieses Abschnitts
- Anwendung im Bereich der Medizintechnik
- Anwendungen im Bereich der optischen Geräte
- Anwendungen im Bereich Sicherheits- und Schutzausrüstung
- Anwendungen im Bereich der industriellen Werkzeuge und Geräte
Wir erläutern die konkreten Anwendungsbereiche in den verschiedenen Fachgebieten und zeigen auf, wie die Eigenschaften von kernlosen Motoren zur Verbesserung der Produktleistung beitragen.
Anwendung im Bereich der Medizintechnik
Bei medizinischen Geräten, bei denen für die Patientensicherheit ein hochpräziser und stabiler Betrieb erforderlich ist – wie beispielsweise bei den Pumpenantrieben von Endoskopen oder den Gelenken von medizinischen Robotern –, werden die hohe Regelbarkeit und Zuverlässigkeit von kernlosen Motoren geschätzt.
Bei Infusionspumpen muss der Durchfluss der Medikamentenlösung präzise geregelt werden, wobei selbst geringste Drehzahlschwankungen nicht zulässig sind. Dank der ruckfreien Eigenschaften des kernlosen Motors lässt sich ein konstanter Durchfluss stabil aufrechterhalten.
Auch bei Beatmungsgeräten ist eine hochpräzise Motorleistung unerlässlich, da die präzise Steuerung der Atemunterstützung einen direkten Einfluss auf den Zustand des Patienten hat. Darüber hinaus werden bei tragbaren medizinischen Geräten kompakte Abmessungen und ein geringes Gewicht gefordert, weshalb die platzsparende Bauweise von kernlosen Motoren die Produktentwicklung vorantreibt.
Wie oben dargelegt, kann er unter Umständen als einer der für den Antrieb von medizinischen Geräten geeigneten Motoren zum Einsatz kommen.
Anwendungen im Bereich der optischen Geräte
Bei optischen Geräten, die empfindlich gegenüber feinen Schwingungen sind – wie beispielsweise Autofokusmechanismen und Bildstabilisatoren in Digitalkameras oder Objektivantriebe in Mikroskopen –, trägt die ruckfreie, gleichmäßige Drehbewegung zur Verbesserung der Bildqualität bei.
Beim Autofokus einer Kamera muss das Motiv schnell und präzise erfasst werden, weshalb eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit erforderlich ist. Die leichte Rotorkonstruktion des kernlosen Motors ermöglicht einen sofortigen Antrieb des Objektivs.
Da bei Bildstabilisierungssystemen bereits geringste Vibrationen zu einer Verschlechterung der Bildqualität führen, sind kernlose Motoren, bei denen kaum ein Rastmoment auftritt, die optimale Wahl.
Auch bei den Schwenk-Neige-Mechanismen von Überwachungskameras werden die gleichmäßige Bewegung und die Geräuscharmut weithin geschätzt.
Anwendungen im Bereich Sicherheitstechnik
Bei Sicherheitsgeräten wie elektronischen Schlössern, Smart Locks und tragbaren Gaswarngeräten, bei denen ein Niederspannungsbetrieb und eine lange Lebensdauer gefordert sind, sind Energieeffizienz und hohe Zuverlässigkeit ausschlaggebende Faktoren für den Einsatz. Elektronische Schlösser werden in der Regel batteriebetrieben, und häufige Batteriewechsel stellen für die Nutzer eine Belastung dar.Dank des geringen Stromverbrauchs der kernlosen Motoren ist bei herkömmlichen elektronischen Schlössern ein langanhaltender Betrieb mit nur einem Batteriewechsel möglich.
Bei tragbaren Gaswarngeräten ist ein zuverlässiger Betrieb in gefährlichen Umgebungen erforderlich, und das Ausfallrisiko muss auf ein Minimum reduziert werden. Die hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer von bürstenlosen Motoren erweisen sich bei solchen Anwendungen als besonders wertvoll.
Zudem werden sie auch in Vibrationsalarmsystemen als kompakte und effiziente Motoren eingesetzt.
Anwendungen im Bereich der industriellen Werkzeuge und Geräte
Bei Industriegeräten wie Akkuschraubern, Handwerkzeugen und Kleinpumpen, bei denen sowohl Tragbarkeit als auch Leistung gefragt sind, tragen leichte und hocheffiziente bürstenlose Motoren zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der Produkte bei.
Bei akkubetriebenen Werkzeugen führt eine geringe Leistungsaufnahme zu einer Verlängerung der Betriebszeit, weshalb die Eigenschaften hocheffizienter kernloser Motoren voll zum Tragen kommen. Auch bei kleinen Pumpen und Förderanlagen werden kernlose Motoren eingesetzt, wenn eine kompakte Bauweise und ein stabiler Betrieb gefordert sind.
Zusammenfassung
Dank ihrer einzigartigen Konstruktion ohne Eisenkern bieten kernlose Motoren zahlreiche Vorteile, darunter eine ruckfreie, gleichmäßige Drehbewegung, eine schnelle Ansprechzeit, eine kompakte und leichte Bauweise, einen geringen Stromverbrauch sowie eine lange Lebensdauer.Ihre Eigenschaften werden in einer Vielzahl von Bereichen geschätzt, darunter medizinische Geräte, optische Geräte, Sicherheitsausrüstung und Industriewerkzeuge. Dank dieser Eigenschaften lassen sich Produkte leistungsfähiger gestalten und von der Konkurrenz abheben.
Die erhebliche Reduzierung des Rastmoments, die sich aus dem Fehlen eines Eisenkerns ergibt, erweist sich insbesondere bei Anwendungen, die eine präzise Steuerung erfordern, als von großem Wert.Die Vorteile von kernlosen Motoren liegen auf der Hand in Situationen, in denen selbst geringste Vibrationen nicht zulässig sind, wie beispielsweise bei der präzisen Durchflussregelung in medizinischen Geräten oder der Aufrechterhaltung einer hochauflösenden Bildqualität in optischen Geräten. Darüber hinaus ist die schnelle Reaktionsfähigkeit, die sich aus der leichten Rotorkonstruktion ergibt, eine unverzichtbare Eigenschaft für Anwendungen, die sofortige Reaktionen erfordern, wie beispielsweise Autofokus-Mechanismen oder die Servosteuerung von Industrierobotern.
Die kompakte und leichte Bauweise sowie der geringe Stromverbrauch stellen große Vorteile bei der Entwicklung von tragbaren Geräten und batteriebetriebenen Produkten dar.Bei elektronischen Schlössern und Sicherheitsvorrichtungen ist eine lange Batterielebensdauer gefragt, und die Energieeffizienz der kernlosen Motoren trägt unmittelbar zur Senkung der Betriebskosten bei. Darüber hinaus tragen der geringe mechanische Verschleiß und die lange Lebensdauer dazu bei, die Wartungshäufigkeit auf ein Minimum zu reduzieren und die Zuverlässigkeit in Anwendungen zu gewährleisten, in denen Ausfälle nicht toleriert werden dürfen.
Die C.I. Takiron GmbH bietet Ihnen umfassende Unterstützung – von der Empfehlung kernloser Motoren, die auf Ihre Anwendungszwecke zugeschnitten sind, über maßgeschneiderte Lösungen bis hin zur Begleitung bereits in der Prototypenphase. Sollten Sie bei der Auswahl eines Motors im Rahmen Ihrer Produktentwicklung auf Schwierigkeiten stoßen, wenden Sie sich bitte jederzeit gerne an uns.
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/
