Dr. Fritz Faulhaber

Bürstenlose DC-Flachmotoren sorgen für Leistung in neuen Dimensionen

| Redakteur: Alexander Stark

Das „Herz“ der drehmomentstarken Motoren: Innovative Wicklung und optimale Auslegung von Stator und Rotor.
Das „Herz“ der drehmomentstarken Motoren: Innovative Wicklung und optimale Auslegung von Stator und Rotor. (Bild: Faulhaber)

Die Anforderungen an Antriebe verändern sich, bei gleichen Abmessungen ist heute oft mehr Leistung gefragt.

  • Platzsparende Motoren mit starkem Drehmoment
  • Spezielle Wicklungstechnik der Motorenfamilie BXT liefert bis zu 134 mNm bei geringen Durchmessern
  • Hohe Gleichlaufgeschwindigkeit ideal für medizinische Pumpen

Um in der Antriebstechnik für sehr kompakte, aber trotzdem extrem drehmomentstarke Motoren an die Grenzen des physikalisch Machbaren zu kommen, spielen der Aufbau der Motorwicklung und ihre Fertigung eine entscheidende Rolle. Hier hat der Antriebsspezialist Faulhaber angesetzt und auf Basis klassischer Außenläufer-Motoren die neue Motorfamilie Faulhaber BXT entwickelt.

Einbauplatz ist rar und teuer

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 Motorenfamilie BXT von Faulhaber kann durch ihre innovative Wicklungstechnik und optimierte Auslegung bei Durchmessern von 22 mm, 32 mm bzw. 42 mm Drehmomente von bis zu 134 mNm liefern. Damit übertreffen die kompakten Motoren die in dieser Antriebsklasse bisher üblichen Standards laut Hersteller deutlich. Vor allem das Verhältnis von Drehmoment zu Bauraum und zu Gewicht sei wesentlich besser als der Marktstandard. Da die bürstenlosen DC-Servomotoren 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.

Gute Gleichlaufeigenschaften

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.

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. Der Kupferfüllfaktor im aktiven Teil der Wicklung ist bemerkenswert hoch, gleichzeitig ist der Platzverbrauch durch das Verlegen der Drähte auf ein Minimum reduziert.

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