Terminologie<\/h2>\n\n\n\n
Theoretisch kann der Begriff Direktmotor oder Direktantrieb<\/em> auf jeden Motor angewendet werden, auf den die Last direkt und ohne weitere \u00dcbertragungselemente wie Zahnr\u00e4der, Riemenscheiben, Ketten oder Getriebe wirkt. In der Regel handelt es sich um b\u00fcrstenlose Permanentmagnet-Synchronmotoren, die ihr Drehmoment direkt auf die Last \u00fcbertragen. Sie werden h\u00e4ufig entlang des Durchmessers entwickelt, enthalten gleichzeitig die H\u00f6he und sind durch eine Durchgangsbohrung gekennzeichnet. Sie werden als Torquemotoren bezeichnet und entwickeln bei allen Drehzahlen bis zur Nenndrehzahl ein konstantes Drehmoment.<\/p>\n\n\n\n Direktantriebe funktionieren \u00e4hnlich wie b\u00fcrstenlose Motoren. Die Magnete sind mit dem Rotor verbunden, w\u00e4hrend die Wicklungen auf dem Stator des Motors angeordnet sind. Wenn die Wicklungen erregt werden, erzeugen sie ein Magnetfeld, das die Rotormagnete anzieht oder abst\u00f6\u00dft und so deren kontrollierte Drehung bewirkt. Es gibt sowohl rotierende als auch lineare Direktantriebe.<\/p>\n\n\n Direktmotoren haben in der Regel viele Pole (>20 und manchmal > 100); es gibt Torquemotoren mit 1 m Durchmesser, die Drehmomente bis zu 10 KNm erzeugen k\u00f6nnen. Viele werden als rahmenlose Motoren ohne Geh\u00e4use, Lager und R\u00fcckf\u00fchrungssensor angeboten. Dies erm\u00f6glicht es Maschinenbauern oder Integratoren, das Geh\u00e4usedesign zu vereinfachen und die Welle und die Lager so zu dimensionieren, dass ihre Form, Gr\u00f6\u00dfe, ihr Gewicht und ihre dynamische Leistung optimiert werden.<\/p>\n\n\n\n Das Verh\u00e4ltnis von Drehmoment zu Tr\u00e4gheit ist h\u00f6her als bei herk\u00f6mmlichen b\u00fcrstenlosen Motoren; au\u00dferdem haben sie eine niedrige elektrische Konstante. Dies bedeutet, dass das Drehmoment schnell aufgebracht wird, wenn die Spannung eine ausgezeichnete Systemsteifigkeit erreicht. Herk\u00f6mmliche Motoren sind darauf ausgelegt, ein maximales Drehmoment bei hohen Drehzahlen zu erzeugen, in der Regel \u00fcber 1000 U\/min, und sind auf die Nennleistung ausgelegt. Torquemotoren hingegen werden normalerweise nach dem maximalen und kontinuierlichen Drehmoment und nicht nach der Leistung dimensioniert.<\/p>\n\n\n\n Die wichtigsten Vorteile der Verwendung von Direktmotoren sind:<\/p>\n\n\n\n Hohe dynamische Leistung und Genauigkeit bei der Positions- und Geschwindigkeitsregelung<\/p>\n\n\n\n Die Gr\u00fcnde f\u00fcr einen Konstrukteur, sich f\u00fcr einen Direktmotor zu entscheiden, sind die m\u00f6gliche erreichbare Leistung und die gr\u00f6\u00dfere Dynamik als bei herk\u00f6mmlichen L\u00f6sungen. Vor allem ist die Durchgangsbohrung eine L\u00f6sung f\u00fcr die Durchf\u00fchrung von elektrischen Verteilern, Pneumatikschl\u00e4uchen und elektrischen Kabeln.<\/p>\n\n\n\n Der gr\u00f6\u00dfte Nachteil ist oft eher ein gef\u00fchlter als ein tats\u00e4chlicher: Direktantriebe sind manchmal teurer als herk\u00f6mmliche Motoren. Dies ist h\u00e4ufig der Fall, wenn man die Kosten der Antriebe vergleicht. Bei einer sorgf\u00e4ltigeren und umfassenderen Bewertung, bei der die wegfallenden mechanischen Teile, die allgemeine mechanische Vereinfachung und der geringere Wartungsaufwand ber\u00fccksichtigt werden, sind Direktantriebe jedoch auch in wirtschaftlicher Hinsicht eine gute L\u00f6sung. Hinzu kommt, dass die Kosten f\u00fcr Direktmotoren allm\u00e4hlich sinken, was zum Teil auf die Verf\u00fcgbarkeit leistungsf\u00e4higerer Neodym-Eisen-Bor-Magnete (Nd-Fe-B) und die exponentielle Zunahme der Verwendung dieser Antriebe zur\u00fcckzuf\u00fchren ist. Ein typisches Beispiel sind sehr kostensensible Anwendungen wie Waschmaschinen, wo herk\u00f6mmliche Motoren durch Torque-Motoren ersetzt werden, die Riemen und Riemenscheiben \u00fcberfl\u00fcssig machen und die Bewegungs\u00fcbertragung leiser und zuverl\u00e4ssiger machen. Wichtige Anwendungen von Direktantrieben finden sich in CNC-Werkzeugmaschinen, Verpackungsanlagen, Robotik, Radarsystemen, Milit\u00e4r, Telekommunikation, Drehtischen und Teleskopen. Die Palette w\u00e4chst, und f\u00fcr die nahe Zukunft wird eine weitere Expansion erwartet.<\/p>\n\n\n\n Die meisten konventionellen Motoren weisen von Natur aus ein starkes Drehmoment-Cogging auf, aber angesichts der hohen Betriebsgeschwindigkeit ist dieser Effekt f\u00fcr die endg\u00fcltige Leistung oft unbedeutend. Direktantriebe leiden unter Umst\u00e4nden st\u00e4rker unter diesem Nachteil, es sei denn, es wird eine R\u00fcckkopplung mit h\u00f6herer Aufl\u00f6sung eingesetzt. Dies ist sicherlich ein Punkt, der den Einsatz dieser neuen Antriebe verlangsamt hat, da sie mit anspruchsvolleren Steuerungen gesteuert werden.<\/p>\n\n\n\n Aber auch im Bereich der Steuerungen wurden beachtliche Leistungen erbracht, die zu erschwinglichen Kosten zu Abtastzeiten von mehr als 4 KHz f\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n Einer der gr\u00f6\u00dften Vorteile von Torquemotoren ist die direkte \u00dcbertragung und die h\u00f6here Genauigkeit bei Positionierung, Drehzahlregelung und Dynamik. Anstatt die Last mit einer Kupplung, Ketten oder Riemen zu verbinden, f\u00fchren Zahnr\u00e4der oder Riemenscheiben die Motorflansche direkt zur Last; es gibt keine Hysterese, kein Spiel und keinen Bewegungsverlust, unabh\u00e4ngig von der Richtung der Positionierung. Diese Vorteile sind jedoch nur mit einem hochaufl\u00f6senden R\u00fcckmeldeger\u00e4t m\u00f6glich. Hallsensoren, die \u00fcblicherweise f\u00fcr Leistungsschaltungen verwendet werden, bieten nicht die geeignete Leistung, um eine genaue Positionierung und eine angemessene Drehzahlregelung zu erm\u00f6glichen.<\/p>\n\n\n\n Wenn die direkte Motorbohrung klein genug ist, d.h. weniger als 50 mm, gibt es eine breite Palette von R\u00fcckmeldungen, die auf optischer, magnetischer oder induktiver Technologie basieren. Da die meisten Positionssensoren eine Bauform haben, die eine kleine Eingangswelle aufweist, hat dies zu einem Problem bei der Integration von Torquemotoren gef\u00fchrt.<\/p>\n\n\n\n Die erste M\u00f6glichkeit ist der Einsatz eines optischen Drehgebers mit Gleichstromversorgung und absolutem oder inkrementellem Digitalausgang. Sie sind nicht f\u00fcr staubige oder fl\u00fcssige Umgebungen geeignet, da dies die korrekte Signalerzeugung beeintr\u00e4chtigen w\u00fcrde. Au\u00dferdem schr\u00e4nken die sehr engen Toleranzen, der enge Temperaturbereich und die starke Empfindlichkeit gegen\u00fcber St\u00f6\u00dfen ihre Verwendung ein. Mit kapazitiven Drehgebern k\u00f6nnen diese Probleme \u00fcberwunden werden, aber die m\u00f6gliche elektrostatische Entladung ist begrenzt. Magnetische Encoder haben aufgrund der magnetischen Hysterese eine geringe Genauigkeit und sind au\u00dferdem sehr empfindlich gegen\u00fcber den vom Motor erzeugten Magnetfeldern. Die traditionellste L\u00f6sung sind Resolver, die eine hohe Zuverl\u00e4ssigkeit und Anwendungssicherheit bieten, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt und im Verteidigungsbereich. Sie sind jedoch sehr sperrig, schwer und teuer, insbesondere bei Bohrungen \u00fcber 50 mm.<\/p>\n\n\n\n Ein neuer Typ von Positionssensoren wird zunehmend als R\u00fcckmeldung f\u00fcr Torque-Motoren eingesetzt, egal ob induktiv oder incOders. Sie arbeiten nach dem gleichen elektromagnetischen oder induktiven Prinzip wie Resolver, verwenden aber anstelle von sperrigen Transformatorwicklungen laminierte Leiterplatten und sind damit preiswerter, kompakter und leichter. Anstelle der komplexen AC-Stromversorgung und der Signalverarbeitungsschaltungen, die bei Resolvern erforderlich sind, verwenden IncOder einfache elektrische Schnittstellen, \u00e4hnlich denen, die bei optischen Encodern verwendet werden, sowie eine DC-Stromversorgung und einen digitalen Ausgang.<\/p>\n\n\n\n IncOder sind in absoluten oder inkrementalen Formaten, A- und B-Signalen, mit Aufl\u00f6sungen bis zu 22 Bit, etwa 4 Millionen Z\u00e4hlungen pro Umdrehung, erh\u00e4ltlich. Die Genauigkeit betr\u00e4gt weniger als 40 Bogensekunden oder 0,01\u00b0 und der W\u00e4rmeausdehnungskoeffizient ist mit weniger als 0,5 ppm\/K sehr niedrig. Die dynamische Leistung wurde durch Erreichen von Aktualisierungsraten von 10 KHz verbessert. Auch konstruktiv sind sie ideal f\u00fcr Anwendungen mit gro\u00dfem Durchmesser, sehr niedrigem Profil und gro\u00dfer Durchgangsbohrung. Sie k\u00f6nnen ohne zus\u00e4tzliche mechanische Teile wie Lager, Dichtungen oder Kupplungen mechanisch mit dem Direktmotor verbunden werden.<\/p>\n\n\n Die Kombination von IncOders und Torquemotoren wird von vielen Integratoren zunehmend bevorzugt. Die Ergebnisse best\u00e4tigen, dass sie eine hochzuverl\u00e4ssige, dynamische und pr\u00e4zise Positionierungssteuerung auch f\u00fcr medizinische, luft- und raumfahrttechnische, industrielle und petrochemische Systeme erm\u00f6glichen.<\/p>\n\n\n\nWie funktioniert ein Direktantrieb?<\/h2>\n\n\n\n
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Ein neuer Ansatz<\/h2>\n\n\n\n
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