Feb 23 2019

Bürstenlose DC-Flachmotoren mit mehr Drehmoment

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Leistung in neuen Dimensionen

Der Einbauplatz für Motoren ist in vielen Anwendungen knapp bemessen. Vor allem wenn drehmomentstarke Antriebe gefordert sind, die aufgrund der Einbausituation in axialer Richtung möglichst kurz bauen müssen, wird es oft schwierig die ideale Lösung zu finden. In der Robotik, bei Gelenken von Prothesen, in der Laborautomation, bei Pumpen, in der Medizintechnik oder bei der Ausstattung von Flugzeugkabinen findet sich diese Vorgabe häufig. Oft waren Anwender dann auf Kompromisse angewiesen. Neue Außenläufer-Motoren mit spezieller Wicklungstechnik schaffen jetzt Abhilfe und setzen in diesen Marktsegmenten neue Maßstäbe, da sie deutlich höhere Drehmomente liefern, als es bisher in dieser Größe und Bauart möglich war.

Die Anforderungen an Antriebe verändern sich, bei gleichen Abmessungen ist heute oft mehr Leistung gefragt. Um in der Antriebstechnik an die Grenzen des physikalisch Machbaren zu kommen für sehr kompakte, aber trotzdem extrem drehmomentstarke Motoren, spielen der Aufbau der Motorwicklung und ihre Fertigung eine entscheidende Rolle.

 In der Robotik, bei Gelenken von Prothesen, in der Laborautomation, bei Pumpen, in der Medizintechnik oder bei der Ausstattung von Flugzeugkabinen sind drehmomentstarke Außenläufer-Motoren gefragt, die in axialer Richtung möglichst kurz bauen. (Quelle: $$ Bilder der Applikationen  Stockbilder MC)

Neue Maßstäbe bei „klassischen“ Abmessungen

Hier hat der Antriebsspezialist FAULHABER angesetzt und auf Basis klassischer Außenläufer-Motoren die neue Motorfamilie FAULHABER BXT entwickeltbild. Dank innovativer Wicklungstechnik und optimierter Auslegung liefern die bürstenlosen DC-Servomotoren Drehmomente bis zu 134 mNm bei einem Durchmesser von 22 mm, 32 mm bzw. 42 mm. Damit übertreffen die kompakten Motoren die in dieser Antriebsklasse bisher üblichen Standards deutlich. Vor allem das Verhältnis von Drehmoment zu Bauraum und zu Gewicht ist wesentlich besser als der Marktstandard. Da die Motoren in axialer Richtung nur 14 mm, 16 mm bzw. 21 mm kurz sind, lassen sie sich auch bei platzkritischen Applikationen einfach unterbringen.

Mit den drei Baugrößen sind viele unterschiedliche Antriebsaufgaben lösbar. Bei einer Unterarm-Prothese bieten sich beispielsweise der kleine Motor für die Hand und der mittlere Motor für den Ellenbogen an. Weiterhin finden sich Einsatzmöglichkeiten bei Robotergreifern, in der industriellen Automation, in humanoiden Robotern und selbst in der Biorobotik für motorisierte – also kraftunterstützende – Hand-Exoskelette kommen die kleinen Kompaktantriebe infrage.

Die BXT Motoren setzen neue Maßstäbe, da sie deutlich höhere Drehmomente liefern, als es bisher in dieser Antriebsklasse üblich war. (Quelle: $$ Rendering oder Fotos der Motoren BXT H und BXT R)

Darüber hinaus können die Motoren mit weiteren Eigenschaften punkten: So überzeugen sie durch ihre guten Gleichlaufeigenschaften, wovon z. B. Dialysegeräte und medizinische Pumpen profitieren. Durch den hohen Kupferfüllfaktor und die Auslegung der Polschuhe ist das Magnetfeld stark und das Rastmoment nur sehr klein. Der Wirkungsgrad der Motoren übertrifft den vergleichbarer Motoren in dieser Größe und Bauart deutlich.

So liefern die Motoren eine Dauerleistung von bis zu 100 W. Kundenspezifische Modifikationen an der elektrischen und der mechanischen Schnittstelle der Motoren sind verfügbar. Die Motoren haben standardmäßig Einzellitzen und bieten damit eine flexible elektrische Schnittstelle für verschiedenste Anwendungen. Weiterhin gibt es ein Steckerkonzept zum Anschluss von Steuerungen. Die Baureihe ist ausgelegt für Drehzahlbereiche bis 10.000 U/min und lässt sich mit verschiedenen Getrieben, Encodern, Bremsen und Steuerungen aus dem FAULHABER Programm kombinieren. Mit diesem Baukasten steht ein perfekt abgestimmtes Antriebssystem zur Verfügung. Die Motoren sind standardmäßig mit digitalen Hallsensoren ausgestattet. Durch ihre hohe Polzahl können die Motoren bereits mit den digitalen Hallsensoren sehr präzise drehzahlgeregelt werden.

Die Motoren werden mit oder ohne Gehäuse angeboten. Die gehäuselosen Ausführungen BXT R empfehlen sich besonders für drehzahlgeregelte Anwendungen, in welchen hohen Leistungen umgesetzt werden, da die Wärme in den gehäuselosen Ausführungen optimal abgeführt wird. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass der Rotor in der Anwendung frei drehen kann. Die gehäusten Ausführungen BXT H empfehlen sich besonders für Positionieranwendungen, da sie mit einer Vielzahl optischer und magnetischer Encoder kombiniert werden können. Die Gehäuse der BXT H dienen als Schutz vor Berühren und vor Schmutz, sie sind durchmesserkonform und damit genauso wie die gehäuselosen Motoren BXT R sehr kompakt.

Ein starkes „Herz“

Das „Herz“ der drehmomentstarken Motoren: Innovative Wicklung und optimale Auslegung von Stator und Rotor. (Quelle: $$ Explosionsdarstellung des Motors mit Stator und Rotor)

Das Wichtigste ist jedoch das „Herz“ der neuen Motoren: die elektromagnetische Auslegung von Stator und Rotor. Mit 14 starken NdFeB-Einzelmagneten auf dem Rotor und 12 Zähnen auf dem Stator treffen bewährte Technologien auf eine innovative Wickeltechnik (Bild 3). Der Kupferfüllfaktor im aktiven Teil der Wicklung ist bemerkenswert hoch, gleichzeitig ist der Platzverbrauch durch das Verlegen der Drähte auf ein Minimum reduziert.

Auf der SPS IPC Drives 2018 wurde die neue Motorbaureihe dem Fachpublikum vorgestellt.

Text: Anne Schilling , Produktmanagerin bei FAULHABER und Ellen-Christine Reiff, Redaktionsbüro Stutensee

FAULHABERDie Antriebsexperten aus Schönaich

sind spezialisiert auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu 200 Watt Abgabeleistung. Dazu zählt die Realisierung von kundenspezifischen Komplettlösungen ebenso wie ein umfangreiches Programm an Standardprodukten wie bürstenlose Motoren, DC-Kleinstmotoren, Encoder und Motion Controller. Die Marke FAULHABER gilt weltweit als Zeichen für hohe Qualität und Zuverlässigkeit in komplexen und anspruchsvollen Anwendungsgebieten wie Medizintechnik, Fabrikautomation, Präzisionsoptik, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Robotik. Vom leistungsstarken DC-Motor mit 200 mNm Dauerdrehmoment bis zum filigranen Mikroantrieb mit 1,9 mm Außendurchmesser umfasst das FAULHABER Standardportfolio mehr als 25 Millionen Möglichkeiten, ein optimales Antriebssystem für eine Anwendung zusammenzustellen. Dieser Technologiebaukasten ist zugleich die Basis für Modifikationen, um auf besondere Kundenwünsche hinsichtlich Sonderausführungen eingehen zu können.

Faulhaber wird auf der HMI 2019 in Halle 15 am Stand H29 anzutreffen sein und die neuen BXT-Motoren vorstellen.

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