Warum und wo sollte ein nicht geschlitzter Motor eingesetzt werden?
Fortschritte bei Magneten, elektromagnetischem Design und Fertigungstechniken haben zu einem verstärkten Einsatz von kernlosen Motoren geführt, und sie sind zu einer attraktiven Lösung für viele Anwendungen geworden. In diesem Artikel erfahren Sie, wo Ingenieure nutenlose Motoren einsetzen und warum.
January 15, 2025
Geschlitzter Motor vs. nicht geschlitzter Motor: Was ist der Unterschied?
Geschlitzte Motoren haben einen Stator mit Eisenzähnen, die Zwischenräume bilden, die als Schlitze bezeichnet werden. Ein nutenloser Motor hat keine Zähne. Laminierter Stahl ist als glatter Ring an der Außenseite der Statorwicklungen angeordnet. Nutzenlose Motoren haben in der Regel eine sehr geringe oder gar keine Rastbildung und eine relativ niedrige Induktivität. Eine detailliertere Beschreibung finden Sie unter Geschlitzte Motoren vs. nicht geschlitzte Motoren: Was ist der Unterschied?
Warum einen nicht geschlitzten Motor verwenden?
Ein nicht geschlitzter Motor hat mehrere vorteilhafte Eigenschaften:
- Niedriges Rastmoment: Da es keine Wechselwirkung zwischen den Nuten des Stators und den Magneten des Rotors gibt, bieten nicht geschlitzte Motoren einen praktisch rastfreien Betrieb und ermöglichen eine gleichmäßige und präzise Bewegung.
- Hohe Effizienz: Das Fehlen von Eisenzähnen reduziert den Energieverlust durch Wirbelströme in den Zähnen und den Permanentmagneten.
- Kompakt und leicht: Das schlitzlose Design führt im Vergleich zu Alternativen mit Schlitz oft zu kleineren, leichteren Motoren, was sie ideal für tragbare, leichte oder platzbeschränkte Geräte macht.
- Weniger Geräusch und Vibration: Nicht geschlitzte Motoren arbeiten leiser und ruhiger als geschlitzte Gegenstücke, was in medizinischen und messtechnischen Anwendungen von Vorteil sein kann.
- Wärmemanagement: Das schlitzlose Statordesign ermöglicht eine bessere Wärmeableitung und beseitigt so Quellen thermischer Ungenauigkeiten bei Messanwendungen. Ein verbessertes Wärmemanagement erhöht auch die Lebensdauer des Motors.
- Zuverlässigkeit: Motoren ohne Rahmen und ohne Nuten weisen eine besonders hohe mittlere Ausfallzeit (MTBF) auf, da sie nur aus zwei Teilen – dem Stator und dem Rotor – bestehen und dank ihrer tragenden Struktur in den Antriebsmechanismus integriert werden können. Jegliche Reduzierung der MTBF durch Motorlager entfällt, da gehäuselose Motoren keine eigenen Lager verwenden – sie sind in der Regel auf die Lager und das mechanische Gehäuse des jeweiligen Geräts angewiesen.
Wo wird ein nicht geschlitzter Motor verwendet?
Die wichtigsten Eigenschaften eines nicht geschlitzten Motors machen ihn für eine Vielzahl von Hochleistungsanwendungen geeignet:
Verteidigung und Luft- und Raumfahrt
Nicht geschlitzte Motoren eignen sich ideal für viele Anwendungen, darunter Azimut- und Elevationsantriebe in Kardanantrieben für das Waffenzielen, ISTAR-Geräte (Intelligence, Surveillance, Target Acquisition, Reconnaissance, Reconnaissance) und SATCOM-Systeme (Satellitenkommunikation). Aus Platzgründen ist oft ein kompakter Motor mit einer großen Durchgangsbohrung erforderlich, und der Außendurchmesser ist nur geringfügig größer. Überwachungs- und Überwachungsgeräte haben häufig enge thermische Grenzwerte, um Messverzerrungen zu vermeiden. Daher ist die geringe Wärmeableitung von nicht geschlitzten Motoren ein großer Vorteil. Um bewegte Objekte aus großer Entfernung präzise verfolgen zu können, ist auch bei niedrigen Drehzahlen eine gleichmäßige Bewegung erforderlich, um ein „Zittern“ des Bildes im Sichtfeld zu vermeiden. Daher eignen sich nicht geschlitzte Motoren ideal.
Medizinische Geräte
Ein nicht geschlitzter Motor wird in einer Vielzahl von medizinischen Anwendungen eingesetzt, darunter:
- Roboterarme für minimalinvasive Chirurgie, endoskopische und laparoskopische Werkzeuge. Hohe Präzision, reibungslose Bewegung und minimales Verrasten sorgen für eine gleichmäßige und präzise Instrumentenbedienung.
- Rotationsstufen in Scannern, z. B. in Computertomografie- (CT)-Portalen oder hochauflösenden Ultraschallsonden. Motoren ohne Schlitz sorgen für eine gleichmäßige Rotation, minimieren Vibrationen und verbessern die Bildqualität in Geräten wie CT-, MRT- und Ultraschallgeräten.
- Hochgeschwindigkeits-Zahnbohrer und Polierwerkzeuge: Nicht geschlitzte Motoren ermöglichen leichte, kompakte Konstruktionen, die hohe Geschwindigkeiten ohne Vibrationen oder Geräusche ermöglichen und so den Patientenkomfort erhöhen.
- Insulinpumpen, intravenöse Infusionssysteme und andere tragbare medizinische Geräte: Die präzise Steuerung der Motordrehzahl und -position gewährleistet eine genaue Zufuhr von Flüssigkeiten oder Medikamenten.
- Fortschrittliche Extremitätenprothesen und angetriebene Exoskelette für die Rehabilitation: Sanfte Bewegungen und eine reduzierte Drehmomentwelligkeit sorgen für ein natürliches Gefühl und einen effizienten Betrieb.
- Zentrifugen, Analysatoren und automatische Pipettiersysteme: Ein geräuscharmer und vibrationsfreier Betrieb sowie eine hohe Präzision sind für empfindliche Instrumente von entscheidender Bedeutung.
- Tragbare Beatmungsgeräte und CPAP-Geräte (Continuous Positive Airway Pressure): Dank ihres geräuscharmen Betriebs, ihrer Effizienz und Zuverlässigkeit eignen sie sich ideal für die kontinuierliche Patientenunterstützung.
Schiffsantriebe
Nicht geschlitzte Motoren revolutionieren Unterwasseranwendungen und bieten energieeffizienten, geräuscharmen Antrieb für ROVs, AUVs und andere Marinefahrzeuge. Aufgrund ihres hohen Drehmoment-Durchmesser-Verhältnisses und ihrer inhärenten Kühleigenschaften eignen sie sich besonders für raue Unterwasserbedingungen. Die dünnen aktiven Teile der nicht geschlitzten Motoren ermöglichen eine perfekte Integration in die Triebwerksfelgen (für Felgenantriebe). Nicht geschlitzte Motoren eignen sich gut für Anwendungen, bei denen es auf Energieeffizienz ankommt, insbesondere bei batteriebetriebenen Geräten.
Messtechnik
Für die Messtechnik bieten nicht geschlitzte Motoren eine unübertroffene Präzision, was besonders bei direkt angetriebenen Anwendungen ohne Getriebe wichtig ist. Der rasterfreie Betrieb ermöglicht ein hohes Maß an Präzision, speziell beim Scannen in Zeitlupe und bei Punkt-zu-Punkt-Bewegungsbahnen.
Fortschritte bei nicht geschlitzten Motoren
Kleine, aber leistungsstarke Neodym-Magnete (NdFeB) in einer Halbach-Anordnung mit Fortschritten in der Statorkonstruktion ermöglichen nutenlose Motoren mit besonders hohem Drehmoment in kompakter Form. Alvas FiberPrinting™ stellt einen bahnbrechenden Ansatz zur Herstellung von nicht geschlitzten Motoren vor, bei dem Statoren mit einem sehr hohen Kupferfüllfaktor hergestellt werden. Durch die Integration einer durchgehenden Faserverstärkung in die Motorstruktur bietet dieses Verfahren verbesserte mechanische Eigenschaften und eine leichte Bauweise bei gleichbleibender Präzision und Effizienz. FiberPrinting sorgt für eine optimierte Anordnung der Motorwicklungen, verbessert das Wärmemanagement des Motors und reduziert das Gewicht, ohne die Leistung zu beeinträchtigen.
Fazit
Der Übergang von geschlitzten zu nicht geschlitzten Motoren stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Motorentechnologie dar. Während geschlitzte Motoren im Allgemeinen über bessere Motorkonstanten und eine höhere Drehmomentdichte verfügen, ermöglichen die jüngsten Fortschritte bei der Konstruktion von nicht geschlitzten Motoren ein neues Maß an Leistung, Präzision und Kompaktheit. Dieser innovative Ansatz verändert traditionelle Anwendungen und eröffnet neue Möglichkeiten.
Kontakt
Nicolas Giraudo
Kaufmännischer Leiter
Fossegrenda 1, 7038 Trondheim, Norwegen
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