In der heutigen Zeit, in der eine Senkung des Stromverbrauchs gefordert ist, rücken hocheffiziente Motoren zunehmend in den Fokus.
Hocheffiziente Motoren sind eine Technologie, die durch die effiziente Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie zur Energieeinsparung und Kostensenkung beiträgt.
In diesem Artikel werden die grundlegende Funktionsweise und die verschiedenen Arten hocheffizienter Motoren sowie die Vorteile und zu beachtenden Punkte bei deren Einsatz ausführlich erläutert. Darüber hinaus stellen wir Ihnen die Merkmale der kernlosen Motoren und bürstenlosen Motoren von C.I. Takiron als Optionen zur Steigerung der Effizienz bei Kleinmotoren vor.
*Unser Unternehmen führt keine hocheffizienten Motoren.
| 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. |
Grundlagen und Arten hocheffizienter Motoren
Wir erläutern Ihnen die Grundlagen – von der Definition hocheffizienter Motoren über die Kriterien für Effizienzklassen bis hin zu den wichtigsten Typen.
Inhalt dieses Abschnitts
- Überblick über hocheffiziente Motoren
- Effizienzklassen und IE-Normen
- Die wichtigsten Arten von hocheffizienten Motoren
Im Folgenden werden die einzelnen Punkte näher betrachtet.
Überblick über hocheffiziente Motoren
Ein hocheffizienter Motor ist ein Motor, dessen Konstruktion darauf ausgelegt ist, die Verluste bei der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie auf ein Minimum zu reduzieren.
Durch die Reduzierung der Energie, die bei herkömmlichen Motoren als Wärme verloren geht, lässt sich mit derselben elektrischen Leistung mehr Arbeit verrichten.
Im Inneren des Motors treten verschiedene Verluste auf, darunter Kupferverluste (Verluste aufgrund des Widerstands der Wicklung), Eisenverluste (Verluste aufgrund von Änderungen des Magnetflusses) und mechanische Verluste (Reibungs- und Luftwiderstandsverluste).Bei hocheffizienten Motoren lassen sich diese Verluste durch den Einsatz hochwertiger elektromagnetischer Stahlbleche, die Verwendung dickerer Wicklungsdrähte sowie die Verbesserung der Lager umfassend reduzieren.
Dadurch lassen sich Energieeinsparungen und Kostensenkungen gleichzeitig erzielen.
Eine Verbesserung des Energieumwandlungswirkungsgrads führt im langfristigen Betrieb zu einer Senkung der Stromkosten und einer Verringerung der CO₂-Emissionen und trägt somit auch zur Verringerung der Umweltbelastung bei.
Effizienzklassen und IE-Normen
Die Effizienzklassen von Motoren sind in der Norm IEC 60034-30-1 der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) festgelegt und werden in fünf Stufen unterteilt, von IE1 (Standardwirkungsgrad) bis IE5 (sehr hoher Wirkungsgrad). Auch in Japan werden Effizienzklassen auf der Grundlage dieser IE-Norm verwendet.
Die Merkmale der einzelnen Klassen sind wie folgt:
| Effizienzklasse | Klassifizierung | Merkmale |
| IE1 | Standardwirkungsgrad | Referenzwert für herkömmliche Motoren |
| IE2 | Hocheffizient | Motoren mit einem höheren Wirkungsgrad als der Standard |
| IE3 | Premium-Wirkungsgrad | Entspricht den japanischen „Top-Runner“-Standards* |
| IE4 | Super-Premium-Wirkungsgrad | Erzielt einen noch höheren Wirkungsgrad |
| IE5 | Extrem hoher Wirkungsgrad | Der derzeit höchstmögliche Wirkungsgrad |
Je höher die IE-Klasse ist, desto höher ist die Effizienz bei gleichen Bedingungen. Die tatsächlichen Stromkosten und die CO₂-Einsparungen variieren zwar je nach Leistung, Auslastungsgrad, Betriebszeit und Strompreis, doch bereits eine Effizienzsteigerung um wenige Prozent ermöglicht bei Anlagen mit langer Betriebsdauer eine Senkung der Gesamtkosten.
Anhand dieser Kriterien können Anwender den Motor auf der Grundlage objektiver Kennzahlen auswählen.
*Was ist ein „Top-Runner“?: https://www.enecho.meti.go.jp/category/saving_and_new/saving/enterprise/equipment/
Die wichtigsten Arten von hocheffizienten Motoren
Es gibt verschiedene Arten von hocheffizienten Motoren, je nach Verwendungszweck und Größe.
Zu den typischen Beispielen zählen Dreiphasen-Induktionsmotoren, Permanentmagnetmotoren und bürstenlose Gleichstrommotoren.
In großen Industrieanlagen kommen häufig Drehstrom-Asynchronmotoren der Effizienzklasse IE3 oder höher zum Einsatz, die zum Antrieb von Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren und ähnlichen Geräten dienen. Diese Motoren zeichnen sich durch eine hohe Robustheit sowie eine für den langfristigen Dauerbetrieb geeignete Langlebigkeit und Zuverlässigkeit aus.
Für kleine Geräte und Anwendungen, die eine präzise Steuerung erfordern, eignen sich hingegen bürstenlose Motoren und kernlose Motoren. Diese zeichnen sich durch eine hervorragende Ansprechbarkeit aus und ermöglichen aufgrund ihres geringen Rastmoments einen gleichmäßigen Lauf.
Sie kommen in Bereichen zum Einsatz, in denen hohe Präzision gefordert ist, wie beispielsweise bei medizinischen Geräten, optischen Geräten und Sicherheitsausrüstung.
Die Auswahl des für den jeweiligen Einsatzzweck geeigneten Motortyps ist der Schlüssel zu höherer Effizienz und besserer Leistung.
Um eine Optimierung des gesamten Systems zu erreichen, ist es erforderlich, die Eigenschaften des Antriebsobjekts sowie die Betriebsmuster umfassend zu berücksichtigen.
Drei Vorteile des Einsatzes hocheffizienter Motoren
Wir erläutern die konkreten Vorteile, die sich aus dem Einsatz hocheffizienter Motoren ergeben, anhand von drei Gesichtspunkten.
Inhalt dieses Abschnitts
- Stromeinsparungen durch Energieeffizienzmaßnahmen
- Verbesserung der Wirtschaftlichkeit durch langfristigen Einsatz
- Verlängerung der Lebensdauer der Anlagen durch Begrenzung des Temperaturanstiegs
Zwar sind Anfangsinvestitionen erforderlich, doch sind die Vorteile in der Betriebsphase beträchtlich, und es ist mit einer ausreichenden Amortisation der Investition zu rechnen.
Stromsparen durch Energieeinsparungen
Hocheffiziente Motoren weisen im Vergleich zu Motoren mit Standardwirkungsgrad einen höheren Energieumwandlungswirkungsgrad auf und ermöglichen somit eine Senkung des Stromverbrauchs bei gleicher Leistung. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie nur geringe Verluste entstehen.
Bei Motoren nach dem Top-Runner-Standard (entspricht IE3) wird im Vergleich zu Standardmotoren eine Verlustreduzierung von etwa 35 % angegeben.Würden alle Industriemotoren landesweit durch Motoren nach dem Top-Runner-Standard ersetzt, wäre eine jährliche Stromeinsparung von 15,5 Milliarden kWh zu erwarten. Bei einem jährlichen Stromverbrauch von etwa 3.950 kWh pro Haushalt entspricht dies dem jährlichen Stromverbrauch von etwa 3,9 Millionen durchschnittlichen Haushalten.
Auch bei Kleinmotoren weisen kernlose Motoren und bürstenlose Motoren einen höheren Wirkungsgrad auf als herkömmliche Motoren mit Bürsten, was bei batteriebetriebenen Geräten zu einer Verlängerung der Betriebszeit führt.
Dies bietet erhebliche Vorteile bei Anwendungen, bei denen Energieeffizienz gefragt ist, wie beispielsweise bei medizinischen Geräten und Sicherheitssystemen.
Verbesserung der Wirtschaftlichkeit durch langfristigen Einsatz
Hocheffiziente Motoren sind zwar in der Anschaffung teurer als Standardmotoren, doch durch den fortgesetzten Betrieb lassen sich dank der kumulativen Energieeinsparungen die Betriebskosten senken.
Wenn sich die Einsparungen bei den Stromkosten summieren, können sich die Anfangsinvestitionen nach einer bestimmten Zeit amortisieren. Insbesondere bei Anlagen mit langer Betriebszeit verkürzt sich die Amortisationszeit.
Bei Anwendungen mit hoher Auslastung, wie beispielsweise Pumpen oder Ventilatoren, die 24 Stunden am Stück in Betrieb sind, lassen sich im Vergleich zu Standardmotoren größere jährliche Stromeinsparungen erzielen, wodurch sich in der Regel deutliche wirtschaftliche Vorteile ergeben.
Betrachtet man die Gesamtkosten, ist es wirtschaftlicher, auf hocheffiziente Motoren umzurüsten, als weiterhin Standardmotoren zu verwenden. Wenn man zudem die später beschriebene Verlängerung der Anlagenlebensdauer berücksichtigt, verbessert sich die Gesamtwirtschaftlichkeit einschließlich der Einsparungen bei Wartungs- und Austauschkosten.
Verlängerung der Lebensdauer der Anlagen durch Begrenzung des Temperaturanstiegs
Da bei hocheffizienten Motoren nur wenig Energie als Wärme verloren geht, wird der Temperaturanstieg während des Betriebs gering gehalten.
Da die Temperatur des Motors niedrig gehalten wird, werden die Alterung der Wicklungsisolierung und der Verschleiß der Lager verlangsamt, was zu einer längeren Lebensdauer führt.
Im Allgemeinen gilt: Wenn die Temperatur der Motorwicklungen um 10 °C sinkt, verlängert sich die Lebensdauer etwa um das Doppelte.
Da hocheffiziente Motoren von Natur aus weniger Wärme entwickeln, lassen sich nicht nur die Kosten für Kühlanlagen senken, sondern auch die Häufigkeit des Austauschs der Motoren selbst verringern, was letztlich zu Kosteneinsparungen führt. Insbesondere bei Anlagen, die schwer zugänglich sind, oder bei Produktionslinien, bei denen Betriebsunterbrechungen erhebliche Verluste zur Folge haben, wird der Effekt der vorbeugenden Instandhaltung durch die verlängerte Lebensdauer hoch geschätzt.
Hinweise zur Einführung hocheffizienter Motoren und Auswahlmöglichkeiten bei Kleinmotoren
Wir stellen Ihnen die bei der Einführung zu beachtenden Punkte sowie Lösungen zur Effizienzsteigerung für Kleingeräte vor.
Inhalt dieses Abschnitts
- Überprüfung der Motorgröße und des Einbauraums
- Veränderungen der Drehzahl und des Anlaufstroms
- Auswahlmöglichkeiten für hocheffiziente Motoren für Kleingeräte
Durch eine geeignete Auswahl lassen sich sowohl eine höhere Effizienz als auch eine Leistungssteigerung erzielen.
Überprüfung der Motorgröße und des Einbauraums
Bei hocheffizienten Motoren neigen der Außendurchmesser und die Gesamtlänge dazu, größer zu sein als bei Standardmotoren, was auf die Verwendung hochwertiger elektromagnetischer Stahlbleche sowie auf die Verwendung dickerer Wicklungsdrähte zurückzuführen ist.
Beim Austausch bestehender Anlagen müssen die Anschlussmaße sowie mögliche Interferenzen mit Peripheriegeräten im Vorfeld überprüft werden.
Es müssen nicht nur die Einbaumaße des Motors berücksichtigt werden, sondern auch der Platzbedarf für die Verkabelung sowie der Platzbedarf für die Kühlung. Je nach Aufstellungsort kann es erforderlich sein, den Gestellrahmen anzupassen oder die Rohrleitungen neu zu verlegen.
Wenn Sie sowohl eine kompakte Bauweise als auch einen hohen Wirkungsgrad anstreben, sollten Sie auch Optionen wie kernlose Motoren in Betracht ziehen.
Da kernlose Motoren keine Eisenkerne enthalten, sind sie kompakt und erzielen dennoch einen hohen Wirkungsgrad.
Es eignet sich für Anwendungen mit sehr begrenzten Platzverhältnissen, wie beispielsweise bei medizinischen Geräten und optischen Geräten.
Veränderungen der Drehzahl und des Anlaufstroms
Da hocheffiziente Motoren geringere Verluste aufweisen, neigen dreiphasige Asynchronmotoren der Energieeffizienzklasse IE3 oder höher dazu, eine höhere Drehzahl zu erreichen als Standardmotoren (der Umfang dieser Steigerung hängt von Faktoren wie der Polzahl, der Nennleistung und dem Schlupf ab).
Bei fluidtechnischen Maschinen wie Pumpen und Ventilatoren führt diese Erhöhung der Drehzahl zu einem Anstieg des Durchflusses, was eine Erhöhung der Belastung zur Folge haben kann. Zudem steigt in der Regel auch der Anlaufstrom, weshalb eine Überprüfung der Kapazität der Stromverteilungsanlage erforderlich ist. Sollte die vorhandene Stromversorgung dies nicht bewältigen können, müssen der Querschnitt der Leitungen und die Nennleistung der Leistungsschalter überprüft werden.
Da bei Pumpen und Ventilatoren eine Leistungssteigerung mitunter zu einem höheren Stromverbrauch führen kann, sind geeignete Maßnahmen erforderlich. Aus diesem Grund sind Maßnahmen wie beispielsweise eine Frequenzumrichtersteuerung notwendig.
Durch den Einsatz eines Frequenzumrichters lässt sich die Drehzahl präzise regeln, wodurch bei geringer Anlaufstrombelastung eine optimale Betriebseffizienz erreicht wird. In Kombination mit einem Frequenzumrichter ist ein flexibler, lastabhängiger Betrieb möglich.
Auswahl an hocheffizienten Motoren für Kleingeräte
Bei kompakten Geräten wie medizinischen Geräten, optischen Geräten und Sicherheitsausrüstung stellen kernlose Motoren und bürstenlose Motoren eine vielversprechende Option zur Steigerung des Wirkungsgrads dar. Diese Motoren zeichnen sich trotz ihrer kompakten Bauweise durch einen hohen Wirkungsgrad aus und eignen sich ideal für Anwendungen, die eine präzise Steuerung erfordern.
Die kernlosen Motoren von C.I. Takiron zeichnen sich durch eine ruckfreie Laufweise und ein hohes Ansprechverhalten aus und ermöglichen einen Start bei niedriger Spannung sowie einen geringen Stromverbrauch.
Dank ihrer Konstruktion ohne Eisenkern zeichnen sie sich durch gleichmäßige Drehcharakteristika aus und ermöglichen eine hochpräzise Steuerung bei gleichzeitiger Reduzierung von Vibrationen und Geräuschen. Es gibt auch Modelle, die bereits bei einer extrem niedrigen Spannung von mindestens 1,0 V starten können und somit zur Energieeinsparung bei batteriebetriebenen Geräten beitragen.
Trotz ihrer kompakten Bauweise zeichnen sie sich durch eine hohe Effizienz aus und finden in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung, darunter medizinische Endoskope, Auslösemechanismen für Kameras und elektronische Schlösser.
Für detaillierte Spezifikationen und Anwendungsbeispiele wenden Sie sich bitte über das Kontaktformular an uns. Wir unterbreiten Ihnen gerne einen Vorschlag für die optimale Lösung, die auf Ihren Anwendungszweck und Ihre Anforderungen zugeschnitten ist.
Zusammenfassung
Hocheffiziente Motoren sind eine Technologie, die Stromverluste minimiert und effizient Antriebskraft erzeugt; sie bieten drei wesentliche Vorteile: Energieeinsparung, verbesserte Wirtschaftlichkeit und eine längere Lebensdauer der Anlagen.
Es wurden Effizienzklassen gemäß den IEC-Normen festgelegt, und die Einführung schreitet derzeit in einem breiten Anwendungsspektrum voran, das von großen Industriemotoren bis hin zu Kleinmotoren reicht.
Bei der Installation ist zwar auf Änderungen der Größe und der Drehzahl zu achten, doch durch eine geeignete Auswahl lassen sich erhebliche Energieeinsparungen erzielen.
Für Kleingeräte stehen zudem Optionen wie die kernlosen Motoren und bürstenlosen Motoren von C.I. Takiron zur Verfügung, die trotz ihrer kompakten Bauweise einen hohen Wirkungsgrad erzielen.
Wählen Sie den für Ihren Anwendungszweck am besten geeigneten Motor aus, um Energieeffizienz und hohe Leistung miteinander zu vereinen.
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/
