Die „Nennleistung“, die in Katalogen für Motoren und Stromversorgungsgeräte stets angegeben ist.
Dies ist zwar ein wichtiger Maßstab bei der Produktauswahl, doch es gibt möglicherweise überraschend wenige Personen, die den Unterschied zur maximalen Leistung und zur Leistungsaufnahme genau verstehen.
Die Nennleistung ist ein Referenzwert, der die vom Hersteller garantierte Leistungsfähigkeit des Geräts angibt.
Wenn Sie bei der Auswahl der Geräte diesen Wert nicht richtig verstehen, kann dies zu Problemen wie Ausfällen aufgrund von Überlastung, Temperaturanstieg oder dem Ausbleiben der erwarteten Leistung führen. Insbesondere bei der Entwicklung von Produkten, in die Kleinmotoren eingebaut werden, ist ein angemessenes Verständnis der Nennleistung der erste Schritt zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit.
In diesem Artikel werden die grundlegenden Definitionen der Nennleistung, die Berechnungsmethoden sowie die zu beachtenden Punkte bei der Motorauswahl auf der Grundlage technischer Erkenntnisse erläutert.
Wir vermitteln Ihnen Wissen, das Sie als Entwicklungsingenieure in der Praxis anwenden können.
| Unter der Aufsicht der Vertriebsgruppe für elektronische Bauteile der C.I. Takiron Co., Ltd. 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. |
Die grundlegende Bedeutung und Wichtigkeit der Nennleistung
Die Nennleistung ist der Höchstwert der Leistung, bei der das Gerät unter den vorgeschriebenen Bedingungen sicher im Dauerbetrieb betrieben werden kann.
Gemäß JIS wird die Nennleistung (rating) als „garantierte Betriebsgrenze eines rotierenden Maschinen“ definiert, und die Nennleistung wird als die dieser Nennleistung entsprechende Wellenleistung (mechanische Leistung) verstanden.
Bei Motoren bezeichnet dies die kontinuierlich erzeugte Leistung, bei der unter Nennspannung und Nennfrequenz die besten Eigenschaften erzielt werden, während es bei Stromversorgungsgeräten die maximale Leistung bezeichnet, die stabil bereitgestellt werden kann.
Inhalt dieses Abschnitts
- Definition und Funktion der Nennleistung
- Zusammenhang zwischen Nennleistung und Temperaturanstieg
- Leistungsbereich, der durch die Nennleistung gewährleistet wird
Dieser Wert dient als Richtwert für die vom Hersteller garantierte Leistung und bildet die Grundlage für die Produktauswahl. Insbesondere im Bereich der Kleinmotoren, in dem sowohl eine kompakte Bauweise als auch eine hohe Leistung gefordert sind, führt ein genaues Verständnis der Nennleistung zu fundierten Entscheidungen bereits in der Konstruktionsphase.
Definition und Funktion der Nennleistung
Die Nennleistung ist die Leistung, die unter festgelegten Betriebsbedingungen (Umgebungstemperatur, Betriebsbedingungen, Kühlbedingungen usw.) innerhalb des thermisch zulässigen Bereichs im Dauerbetrieb erbracht werden kann, und stellt einen vom Hersteller garantierten Leistungsstandard dar. Bei Motoren wird sie als Wellenleistung angegeben.
In der Norm JIS C 4034-1 (Rotierende elektrische Maschinen) wird die Nennleistung als der der Nennleistung entsprechende Leistungswert definiert. In der Praxis bezieht sich dieser Begriff auf die Wellenleistung, die unter den vom Hersteller festgelegten Nennbedingungen im Dauerbetrieb erreicht werden kann.
Durch die Auswahl der Geräte auf der Grundlage dieses Wertes lassen sich Ausfallrisiken aufgrund von Überlastung vermeiden und eine langfristige Zuverlässigkeit gewährleisten. Die korrekte Ermittlung der Nennleistung bereits in der Entwicklungsphase ist für die Gewährleistung der Sicherheit und Langlebigkeit des Produkts unerlässlich.
Zusammenhang zwischen Nennleistung und Temperaturanstieg
Bei der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie entstehen im Motor durch Verluste wie Kupfer- und Eisenverluste Wärme.
Durch den Betrieb unterhalb der Nennleistung bleibt der Temperaturanstieg innerhalb des zulässigen Bereichs, wodurch ein Durchbrennen der Wicklungen und eine Verschlechterung der Bauteile verhindert werden.
| Faktoren | Inhalt |
| Kupferverluste | Wärmeentwicklung aufgrund des Widerstands der Wicklung |
| Eisenverluste | Wärmeentwicklung aufgrund magnetischer Verluste im Eisenkern |
| Maschinenverluste | Wärmeentwicklung durch Lagerreibung und Luftwiderstand |
Da die Temperaturregelung in direktem Zusammenhang mit der Lebensdauer der Geräte steht, stellt die Nennleistung einen wichtigen Indikator für die thermische Auslegung dar. Insbesondere bei kernlosen Motoren entstehen keine Eisenverluste, da kein Eisenkern vorhanden ist, was ein effizientes Wärmemanagement ermöglicht.
Bei Anwendungen wie medizinischen Geräten oder optischen Geräten, bei denen ein langer Dauerbetrieb erforderlich ist, ist ein stabiler Betrieb bei geringer Erwärmung der Schlüssel zur Zuverlässigkeit.
Leistungsbereich, der durch die Nennleistung garantiert wird
Beim Betrieb mit Nennleistung liefert der Motor die Nenndrehzahl und das Nenndrehmoment. Unter diesen Bedingungen sind Leistungsmerkmale wie Wirkungsgrad und Leistungsfaktor optimiert, sodass die Leistungsfähigkeit des Geräts voll ausgeschöpft werden kann.
Zwischen der Leistung, dem Drehmoment und der Drehzahl eines Motors besteht ein eindeutiger Zusammenhang (die detaillierten Berechnungsformeln werden später erläutert). Aus diesem Zusammenhang ergibt sich, dass das Nenndrehmoment, das der Motor entfalten kann, festgelegt ist, sobald die Nennleistung und die Nenndrehzahl bekannt sind.
Bei einem Motor mit einer Nennleistung von 1 W und einer Nenndrehzahl von 6.000 U/min ergibt sich beispielsweise, dass unter den vorgeschriebenen Bedingungen ein Drehmoment von etwa 1,59 mN·m (0,00159 N·m) dauerhaft abgegeben werden kann.
Da bei einer Nutzung außerhalb der Nennbedingungen die in den technischen Daten angegebene Leistung unter Umständen nicht erreicht wird, ist eine Überprüfung bereits in der Konstruktionsphase von entscheidender Bedeutung.
Die kernlosen Motoren von C.I. Takiron ermöglichen dank ihrer gleichmäßigen Drehcharakteristik, bei der kaum Rastmomente auftreten, eine hochpräzise Steuerung innerhalb des Nennleistungsbereichs.
Es genießt hohes Ansehen bei Anwendungen, bei denen stabile Ausgangseigenschaften erforderlich sind, wie beispielsweise bei medizinischen Endoskopen und industriellen Präzisionsgeräten.
Der Unterschied zwischen Nennleistung und verwandten Begriffen
Um die Nennleistung richtig zu verstehen, ist es wichtig, den Unterschied zur maximalen Leistung und zur Leistungsaufnahme zu kennen.
Die maximale Leistung (spitzenleistung) ist die Leistung, die vorübergehend, beispielsweise beim Anlaufen, erreicht werden kann, während die Nennleistung die Leistung bezeichnet, die unter festgelegten Bedingungen im Dauerbetrieb erreicht werden kann.
Die Leistungsaufnahme ist die Eingangsleistung, die für den Betrieb des Geräts erforderlich ist, während die Nennleistung die Leistung ist, die das Gerät abgeben kann.
Inhalt dieses Abschnitts
- Der Unterschied zwischen Nennleistung und Spitzenleistung
- Zusammenhang zwischen Nennleistung und Leistungsaufnahme
- Der Unterschied zwischen Nennleistung und Nennausgangsleistung
Die Nennleistung gibt zudem die Leistung an, die erforderlich ist, damit das Gerät seine maximale Leistung entfalten kann. Das Verständnis dieser Unterschiede ermöglicht eine angemessene Geräteauswahl und einen sicheren Betrieb. Bei der Auswahl eines Motors ist es erforderlich, diese Begriffe genau zu unterscheiden und eine Entscheidung zu treffen, die den tatsächlichen Einsatzbedingungen entspricht.
Der Unterschied zwischen Nennleistung und Spitzenleistung
Die Spitzenleistung ist die Leistung, die ein Gerät kurzzeitig erbringen kann, wobei von einem kurzzeitigen Betrieb, beispielsweise beim Anlaufen eines Motors, ausgegangen wird. Die Nennleistung hingegen bezeichnet die Leistung, die unter festgelegten Bedingungen im Dauerbetrieb erbracht werden kann.
Selbst wenn beispielsweise ein Kleinmotor mit einer Nennleistung von 1 W beim Anlaufen kurzzeitig eine Leistung von etwa 2 W erzeugen könnte, würde ein Anhalten dieses Zustands zu einem raschen Anstieg der Wicklungstemperatur führen, was eine Verschlechterung der Isolierung oder einen Brand zur Folge hätte.
Da ein Dauerbetrieb bei maximaler Leistung zu Überhitzung und Ausfällen führen kann, wird für den Normalbetrieb empfohlen, das Gerät unterhalb der Nennleistung zu betreiben.
Bei Anwendungen wie medizinischen Geräten oder Industrieanlagen, bei denen ein langer Dauerbetrieb erforderlich ist, bildet die Auslegung auf Basis der Nennleistung die Grundlage für die Gewährleistung der Zuverlässigkeit. Auch wenn ein Gerät kurzzeitige Spitzenbelastungen bewältigen kann, ist es doch gerade die Stabilität im Dauerbetrieb, die die Produktqualität entscheidend bestimmt.
Zusammenhang zwischen Nennleistung und Leistungsaufnahme
Unter „Stromverbrauch“ versteht man die Eingangsleistung, die von außen zugeführt wird, damit ein Gerät betrieben werden kann. Die Nennleistung hingegen bezeichnet die Ausgangsleistung, die aus dem Gerät entnommen werden kann.
Da bei einem Motor ein Teil der zugeführten elektrischen Energie in Form von Kupfer-, Eisen- und mechanischen Verlusten verloren geht, ist die Ausgangsleistung geringer als die Eingangsleistung. Dieses Verhältnis ist in der folgenden Tabelle dargestellt.
| Punkt | Definition | Beispiel anhand eines Motors |
| Leistungsaufnahme (Eingangsleistung) | Die an das Gerät gelieferte elektrische Leistung | Versorgungsspannung × Stromstärke an den Motorklemmen |
| Nennleistung | Die von dem Gerät lieferbare Ausgangsleistung | Die mechanische Leistung, die von der Welle abgenommen werden kann |
| Wirkungsgrad | Leistung ÷ Eingangsleistung × 100 | Bei unseren kernlosen Motoren liegt der Wirkungsgrad bei etwa 70 % (je nach Baugröße). |
Um beispielsweise bei einem Motor mit einem Wirkungsgrad von 70 % eine Nennleistung von 1 W zu erzielen, ist eine Leistungsaufnahme von etwa 1,43 W erforderlich. Bei der Auswahl der Geräte muss dieses Verhältnis berücksichtigt werden, um die Leistung der Stromversorgung sowie die Verkabelung entsprechend zu planen.
Da der kernlose Motor aufgrund seiner Bauweise keinen Eisenkern im Rotor aufweist, entstehen keine durch den Eisenkern bedingten Eisenverluste, was einen hocheffizienten Betrieb ermöglicht.
Bei den Kleinmotoren von C.I. Takiron ermöglicht diese Eigenschaft eine energiesparende Konstruktion und trägt somit zu einem langen Betriebsdauer bei batteriebetriebenen Geräten bei.
Der Unterschied zwischen Nennleistung und Nennausgangsleistung
Die Nennleistung ist die Leistung, die erforderlich ist, damit das Gerät seine maximale Leistung entfalten kann, und wird in Spannung und Strom angegeben.
Die Nennleistung ist der Höchstwert, den das Gerät dauerhaft liefern kann.
Wenn im Motor-Katalog beispielsweise „Nennspannung: 3 V, Nennstrom: 0,5 A, Nennleistung: 1 W“ angegeben ist, bedeutet dies, dass die Nennleistung (1 W) unter den Nennbetriebsbedingungen (3 V, 0,5 A = 1,5 W) garantiert wird.Daher ist es wichtig, die Spezifikationen der Stromversorgung zu überprüfen.
Wird das Gerät mit einer Spannung betrieben, die unter der Nennspannung liegt, kann es vorkommen, dass die Nennleistung nicht erreicht wird. Umgekehrt besteht die Gefahr eines Ausfalls, wenn eine Spannung angelegt wird, die deutlich über der Nennspannung liegt.
Einige der Kleinmotoren von C.I. Takiron sind für den Start bei niedrigen Spannungen ab mindestens 1,0 V ausgelegt und ermöglichen somit eine flexible Konstruktion batteriebetriebener Geräte.
Ein genaues Verständnis des Verhältnisses zwischen Nennleistung und Nennausgangsleistung bereits in der Entwicklungsphase trägt zu einer sicheren und zuverlässigen Produktkonstruktion bei.
Berechnung und Auswahl der Nennleistung eines Motors
Die Nennleistung eines Motors lässt sich aus dem Verhältnis von Drehmoment und Drehzahl berechnen.
Bei der tatsächlichen Auswahl müssen jedoch nicht nur die Berechnungsformeln, sondern auch verschiedene Bedingungen wie das Lastdrehmoment, das Lastträgheitsmoment und die Betriebsmuster berücksichtigt werden.
Inhalt dieses Abschnitts
- Grundlegende Berechnungsformel für die Motorleistung
- Auswahl der Nennleistung unter Berücksichtigung der tatsächlichen Last
- Sicherheitsfaktor und Wirkungsgrad bei der Auswahl der Nennleistung
Bei der Auswahl der Nennleistung ist es zudem wichtig, einen angemessenen Spielraum gegenüber der tatsächlichen Last einzuplanen.
Bei einer zu geringen Nennleistung besteht das Risiko eines Ausfalls aufgrund von Überlastung, während eine zu hohe Nennleistung Nachteile hinsichtlich der Anschaffungskosten und der Energieeffizienz mit sich bringt.
Durch eine geeignete Auswahl lassen sich eine längere Lebensdauer der Geräte und eine Kostenoptimierung miteinander vereinbaren.
Grundlegende Berechnungsformel für die Motorleistung
Die Motorleistung wird aus dem Drehmoment und der Drehzahl berechnet. Wie bereits in der Erläuterung zur Nennleistung erwähnt, werden hier die Berechnungsformel und die Einheitenumrechnung näher erläutert.
| Punkt | Berechnungsformel | Anmerkungen |
| Grundformel | Leistung (W) = Drehmoment (N·m) × Winkelgeschwindigkeit (rad/s) | Standardformel im SI-Einheitensystem |
| Praxisorientiert | Leistung (W) = Drehmoment (N·m) × Drehzahl (U/min) × 2π / 60 | Zur Verwendung bei Angabe in U/min |
| Vereinfachte Formel | Leistung (W) ≒ Drehmoment (N·m) × Drehzahl (U/min) / 9,550 | Zur Näherungsberechnung |
Beispielsweise lässt sich die Leistung eines Motors mit einem Drehmoment von 10 mN·m (0,01 N·m) und einer Drehzahl von 6.000 U/min wie folgt berechnen.
Leistung = 0,01 × 6.000 × 2π / 60 ≒ 6,28 W
Aus dieser Formel geht hervor, dass sich die Eigenschaften von Motoren mit hoher Drehzahl und geringem Drehmoment sowie von Motoren mit niedriger Drehzahl und hohem Drehmoment bei gleicher Leistung unterscheiden.
Bei optischen Geräten werden Modelle mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit bevorzugt, da hier eine schnelle Reaktion erforderlich ist, während bei Industriewerkzeugen Modelle mit niedriger Drehzahl bevorzugt werden, da hier ein hohes Drehmoment benötigt wird.
Die Auswahl der für den jeweiligen Anwendungszweck geeigneten Eigenschaften ist der Schlüssel zur Maximierung der Produktleistung.
Auswahl der Nennleistung unter Berücksichtigung der tatsächlichen Last
Bei der Motorauswahl werden das Lastdrehmoment, das Trägheitsmoment, die Beschleunigungs- und Verzögerungsmuster sowie der Einschaltzyklus umfassend bewertet. Im intermittierenden Betrieb kann der Motor aufgrund des Wärmeableitungseffekts unter Umständen auch kurzzeitige Belastungen bewältigen, die über der Nennleistung liegen.
[Wichtigste Auswahlkriterien]
- Dauerlastdrehmoment
- Spitzendrehmoment beim Beschleunigen und Abbremsen
- Trägheitsmoment der Last
- Betriebsart (Dauerbetrieb/Intervallbetrieb)
- Umgebungstemperaturbedingungen
Es ist wichtig, die Simulation unter Bedingungen durchzuführen, die den tatsächlichen Betriebsbedingungen möglichst nahekommen.
Da beispielsweise bei medizinischen Pumpen ein Dauerbetrieb vorausgesetzt wird, wird die Nennleistung in vollem Umfang berücksichtigt; bei elektronischen Schlössern hingegen ist aufgrund des kurzzeitigen, intermittierenden Betriebs auch eine vorübergehende Belastung möglich, die die Nennleistung überschreitet.
Die kernlosen Motoren von C.I. Takiron zeichnen sich durch eine geringe Trägheit und eine hohe Ansprechgeschwindigkeit aus und ermöglichen somit einen effizienten Betrieb auch bei Anwendungen mit häufigen Beschleunigungs- und Bremsvorgängen.
Die Festlegung von Belastungsbedingungen, die denen im Echtbetrieb nahekommen, sowie die Durchführung von Tests unter Einbeziehung des Temperaturanstiegs bereits in der Entwicklungsphase tragen zur Gewährleistung der Zuverlässigkeit bei.
Sicherheitsfaktor und Wirkungsgrad bei der Auswahl der Nennleistung
Bei der Motorauswahl wird empfohlen, einen Sicherheitsfaktor von etwa dem 1,5- bis 2,0-fachen des Lastdrehmoments einzuplanen. Eine überdimensionierte Auswahl führt jedoch zu einem Effizienzverlust und höheren Kosten. *
| Sicherheitsfaktor | Vorteile | Nachteile |
| 1,2- bis 1,5-fach | Gute Effizienz, optimale Kosten | Geringer Spielraum |
| 1,5- bis 2,0-fach | Ausgewogen, typisch | Standardmäßige Auswahl |
| Mindestens das 2,0-Fache | Ausreichende Reserve, hohe Sicherheit | Effizienzverlust, Kostensteigerung |
*Die angegebenen Werte dienen lediglich als Beispiel und können je nach Spezifikation (Belastungsdrehmoment, Drehzahl), Hersteller, Verwendungszweck usw. variieren.
Durch die Wahl eines hocheffizienten Motors lässt sich die erforderliche Nennleistung bei geringem Stromverbrauch sicherstellen, wodurch sich Energieeinsparungen erzielen lassen. Insbesondere bei batteriebetriebenen Geräten ist der Wirkungsgrad des Motors ein entscheidendes Auswahlkriterium, da er sich direkt auf die Betriebsdauer auswirkt.
Da die kernlosen Motoren von C.I. Takiron keine Eisenverluste aufweisen, ermöglichen sie einen hocheffizienten Betrieb und liefern trotz ihrer kompakten Bauweise zuverlässig die erforderliche Nennleistung.
Wir verfügen über umfangreiche Erfahrungen in Anwendungsbereichen, in denen ein stabiler Langzeitbetrieb erforderlich ist, wie beispielsweise bei medizinischen Geräten, optischen Geräten und Sicherheitsausrüstung. Sollten Sie bei der Auswahl von Kleinmotoren für Ihre Produktentwicklung Unterstützung benötigen, unterbreiten wir Ihnen gerne einen Vorschlag für die optimale Lösung, die Ihren Anwendungszwecken und Anforderungen entspricht.
Zusammenfassung
Die Nennleistung ist der maximale Wert der Leistung, bei dem das Gerät unter den vorgeschriebenen Bedingungen sicher im Dauerbetrieb betrieben werden kann, und stellt einen wichtigen Leistungsindikator dar, der sich aus dem Temperaturanstieg und der mechanischen Festigkeit ergibt. Die Spitzenleistung bezeichnet die momentane Leistung, während die Leistungsaufnahme die Eingangsleistung darstellt; beide Begriffe haben jeweils eine unterschiedliche Bedeutung.
Bei der Motorauswahl ist es wichtig, die Nennleistung anhand des Drehmoments und der Drehzahl zu berechnen und dabei einen angemessenen Sicherheitsspielraum gegenüber der tatsächlichen Last zu gewährleisten. Durch das richtige Verständnis der Nennleistung und eine angemessene Auswahl lassen sich eine längere Lebensdauer der Geräte, eine höhere Zuverlässigkeit sowie eine Kostenoptimierung erzielen.
Die Kleinmotoren von C.I. Takiron liefern dank ihrer hocheffizienten Bauweise als kernlose Motoren trotz ihrer kompakten Größe zuverlässig die erforderliche Nennleistung.
In einer Vielzahl von Bereichen – darunter medizinische Geräte, Industrieausrüstung, optische Geräte und Sicherheitsausrüstung – gewährleisten wir einen zuverlässigen Betrieb.
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/
