In Bereichen wie der Industrieausrüstung, der Medizintechnik und der Robotik ist eine Konstruktion, die sowohl eine Verkleinerung der Geräte als auch die Gewährleistung des erforderlichen Drehmoments ermöglicht, entscheidend für die Produktleistung. Fragen wie „Lässt sich das Drehmoment bei gleicher Größe noch etwas erhöhen?“ oder „Wir möchten die Geräte weiter verkleinern, haben aber Bedenken, ob sie der Belastung standhalten“ sind Konstruktionsherausforderungen, mit denen sich die Entwicklungsabteilungen immer wieder konfrontiert sehen.In diesem Artikel werden die grundlegende Funktionsweise kompakter Hochdrehmomentmotoren, typische Methoden zur Drehmomenterhöhung, die wichtigsten Anwendungsbereiche sowie die bei der Auswahl zu beachtenden Punkte systematisch erläutert. Zudem haben wir häufig gestellte Fragen aus der Konstruktionspraxis im Frage-und-Antwort-Format zusammengefasst. Die hier dargestellten Inhalte sollen Ihnen als Referenz bei der Motorauswahl und bei der Erstellung von Unterlagen für interne Überlegungen dienen.
| Unter der Aufsicht der Vertriebsgruppe für elektronische Bauteile der C.I. TAKIRON Corporation 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. |
Grundlagen zu kleinen Motoren mit hohem Drehmoment
Bei der Auswahl kleiner Motoren mit hohem Drehmoment ist es von Vorteil, sich zunächst ein einheitliches Verständnis der grundlegenden Begriffe und Kennzahlen anzueignen, damit der anschließende Vergleich der Methoden und die Prüfung der Anwendungsmöglichkeiten reibungslos verlaufen. Die Bedeutung des Drehmoments, der Definitionsbereich für „Kleinmotoren“ sowie die Tatsache, dass gleichzeitig eine Verkleinerung und eine Steigerung des Drehmoments angestrebt werden, bilden das Vorwissen, auf dem Konstruktionsentscheidungen basieren.In diesem Kapitel werden wir nacheinander aus drei Perspektiven die Grundlagen erörtern, die zum Verständnis der technischen Zusammenhänge und der Maßnahmen zur Drehmomentsteigerung beitragen.
Inhalt dieses Abschnitts
- Was ist ein kleiner Motor mit hohem Drehmoment?
- Grundlagen und Einheiten des Drehmoments
- Die Bedeutung der Vereinbarkeit von kompakter Bauweise und hohem Drehmoment
Wenn Sie diese Schritte der Reihe nach durchgehen, ergibt sich ein Zusammenhang zwischen den Begriffsdefinitionen und der Bedeutung für die Konstruktion, sodass Sie bestens vorbereitet sind, die Methoden zur Drehmomentsteigerung zu verstehen.
Was sind kleine Motoren mit hohem Drehmoment?
Unter einem kompakten Motor mit hohem Drehmoment versteht man einen Motor, der über ein hohes Drehmoment – also eine hohe Drehkraft – verfügt und in begrenzten Abmessungen konstruiert ist. Motoren mit hohem Drehmoment werden als Motoren mit großer Drehkraft eingestuft. Für den Begriff „Kompaktmotor“ gibt es hingegen keine einheitliche, klare Definition in der Branche.Zwar werden Motoren mit einer Leistung von bis zu 100 W manchmal als „Kompaktmotoren“ und solche mit bis zu 3 W als „Mikromotoren“ bezeichnet, doch gilt die Definition an sich als unklar. In diesem Artikel werden Motoren behandelt, die sowohl geringe Abmessungen als auch ein hohes Drehmoment aufweisen.Die von C.I. Takiron hergestellten Mikromotoren gehören, wie später erläutert wird, zu Motoren, die Drehmomente im mN·m-Bereich erzeugen. Da sich die Konstruktionsgrundlagen von denen großer Industriemotoren im N·m-Bereich unterscheiden, wird das Verständnis vertieft, wenn Sie den Text unter der Prämisse eines hohen Drehmoments in kleinen Geräten lesen.
Grundlagen und Einheiten des Drehmoments
Das Drehmoment ist ein Maß für die in Drehrichtung wirkende Kraft (Kraftmoment) auf eine Welle. In den Erläuterungen zu Fachbegriffen im Bereich der Fabrikautomation wird das Drehmoment als die in Drehrichtung um eine Welle wirkende Kraft definiert; die Einheit ist N·m (Newtonmeter) gemäß dem Internationalen Einheitensystem (SI).N·m ist gemäß dem Eichgesetz als das Drehmoment definiert, das entsteht, wenn eine Kraft von 1 N rechtwinklig auf einen Punkt in 1 m Entfernung ausgeübt wird. Im Bereich der Kleinmotoren werden Werte im mN·m-Bereich verwendet, die kleiner sind als N·m. Das Verhältnis zwischen beiden Einheiten ist wie folgt:
| Einheit | Aussprache | Verhältnis der Größen |
| N·m | Newtonmeter | Eine abgeleitete Einheit des Internationalen Einheitensystems (SI) zur Beschreibung des Drehmoments |
| mN·m | Millinewtonmeter | Ein Tausendstel eines N·m |
Das von Mikromotoren erzeugte Drehmoment liegt im Bereich von mN·m und unterscheidet sich somit um eine Größenordnung von den N·m, mit denen große Motoren arbeiten. Wenn Sie Antriebsmöglichkeiten für Kleingeräte prüfen, sollten Sie ein einheitliches Einheitssystem verwenden, um die Genauigkeit bei der Abschätzung des erforderlichen Drehmoments und beim Produktvergleich zu erhöhen.
Die Bedeutung der Vereinbarkeit von kompakter Bauweise und hohem Drehmoment
Wir erläutern die Bedeutung der Vereinbarkeit von kompakter Bauweise und hohem Drehmoment. Grundsätzlich gilt: Je größer ein Motor ist, desto mehr Drehmoment erzeugt er in der Regel. Gelingt es, ein höheres Drehmoment bei gleichbleibender Größe zu erzielen, ist es möglich, große Motoren durch kleinere Modelle mit gleicher Drehmomentleistung zu ersetzen.Viele alltägliche Geräte wie Smartphones, Staubsauger und Haartrockner sind mit Motoren ausgestattet. Je weiter die Miniaturisierung der Geräte voranschreitet, desto stärker werden die Abmessungen der Motoren, die in das Innere eingebaut werden können, eingeschränkt. Das Ziel besteht darin, trotz dieser Einschränkungen ein Design zu entwickeln, das das erforderliche Drehmoment gewährleistet, um sowohl die Miniaturisierung des gesamten Geräts als auch die Aufrechterhaltung der Leistung zu erreichen.In Bereichen mit begrenztem Einbauraum, wie beispielsweise bei medizinischen Geräten und Präzisionsgeräten, erweitern Motoren, die trotz ihrer kompakten Bauweise ein ausreichendes Drehmoment liefern, den Gestaltungsspielraum bei der Produktentwicklung.
Möglichkeiten zur Steigerung des Drehmoments bei kleinen Motoren mit hohem Drehmoment
Das Drehmoment eines Motors wird durch die interne elektromagnetische Auslegung und den externen Untersetzungsmechanismus bestimmt. Um das Drehmoment bei gleichbleibender Baugröße zu erhöhen, ist eine Konstruktion erforderlich, bei der diese Faktoren kombiniert und optimiert werden. Die Methoden zur Steigerung des Drehmoments lassen sich unter verschiedenen Gesichtspunkten systematisieren.In diesem Kapitel werden auf der Grundlage dieser Überlegungen typische Maßnahmen zur Drehmomentsteigerung bei Kleinmotoren anhand von drei Gesichtspunkten erläutert.
Inhalt dieses Abschnitts
- Optimierung von Magneten und Kernmaterialien
- Maßnahmen hinsichtlich der Wicklung und des Luftspalts
- Erzielung niedriger Drehzahlen und hoher Drehmomente durch Getriebemotoren
Wenn man den Ansatz auf Basis der internen Konstruktion und den Ansatz auf Basis externer Mechanismen nebeneinander betrachtet, erhält man eine Perspektive, anhand derer Sie die für Ihre Anwendungszwecke geeigneten Maßnahmen zur Drehmomentsteigerung auswählen können.
Optimierung von Magneten und Kernmaterialien
Die Optimierung von Magneten und Kernmaterialien ist eine Methode zur Steigerung des Drehmoments, die auf der elektromagnetischen Auslegung im Inneren des Motors basiert. Als interne Faktoren, die das Drehmoment beeinflussen, lassen sich die folgenden zwei Punkte nennen:
| Faktor | Beitrag zur Drehmomentsteigerung |
| Überprüfung der Magnete | Umstellung auf Magnete mit höherer Magnetkraft zur Steigerung des Drehmoments |
| Verbesserung des Kernmaterials | Einsatz von elektromagnetischem Stahlblech mit hoher Permeabilität zur Steigerung der Magnetflussdichte |
Es gibt verschiedene Arten von Magneten, darunter Ferrit-, Neodym- und Samakoba-Magnete. Neodym-Magnete verfügen zwar über eine starke Magnetkraft, sind jedoch hitzeempfindlich; bei Standardausführungen gilt allgemein eine Betriebstemperatur von etwa 80 °C als Richtwert.Was das Kernmaterial betrifft, so gilt: Je höher die Permeabilität des Materials ist, desto besser funktioniert der Kern als Elektromagnet, was zu einem höheren Drehmoment führt. Wählt man Magnet und Kernmaterial entsprechend den Temperaturbedingungen der jeweiligen Anwendung aus, kommt man einer Konstruktion näher, bei der das Drehmoment bei gleichbleibender Größe gesteigert werden kann.
Maßnahmen hinsichtlich der Wicklung und des Luftspalts
Auch die Optimierung der Wicklung und des Luftspalts ist eine Methode zur Steigerung des Drehmoments, die auf der inneren Konstruktion basiert. Bei der Wicklung führen eine Erhöhung der Windungszahl oder ein größerer Wicklungsdurchmesser zu einem Anstieg des Stroms und des Magnetflusses, was wiederum zu einem höheren Drehmoment führt. Bei einem größeren Wicklungsdurchmesser steigen das Anlaufdrehmoment und der Anlaufstrom proportional zum Quadrat des Durchmessers.Zudem neigt diese quadratische Proportionalität dazu, ab einem bestimmten Grenzwert nicht mehr zu gelten. Der Luftspalt bezeichnet den Zwischenraum zwischen Rotor und Stator. Je schmaler der Luftspalt ist, desto stärker kann die Wirkung der Magnetkraft genutzt werden. Da Wicklung und Luftspalt in Wechselbeziehung zueinander stehen, ist eine Konstruktion, bei der beide Faktoren gemeinsam angepasst werden, besonders effektiv.
Erzielung niedriger Drehzahlen und hoher Drehmomente durch Getriebemotoren
Die Erzielung niedriger Drehzahlen und hoher Drehmomente durch Getriebemotoren ist ein Verfahren, bei dem das Drehmoment durch ein externes Untersetzungsgetriebe erhöht wird. Ein Getriebemotor ist eine Baugruppe aus Motor und Getriebekopf (Untersetzungsgetriebe), mit der sich das Ausgangsdrehmoment entsprechend dem Untersetzungsverhältnis erhöhen lässt.Das Ausgangsdrehmoment bei montiertem Getriebekopf lässt sich anhand der folgenden Formel berechnen: „Tout = Tin × i × η“ (Ausgangsdrehmoment = Eingangsdrehmoment × Untersetzungsverhältnis × Übertragungswirkungsgrad). Das Ausgangsdrehmoment steigt proportional zum Untersetzungsverhältnis an, während die Drehzahl entsprechend dem Untersetzungsverhältnis sinkt.Da durch die Integration von Motor und Getriebe zwar die Drehzahl sinkt, aber ein hohes Drehmoment erzielt wird, ist eine optimale Auslegung unter Berücksichtigung der Drehzahl erforderlich. Die Getriebemotoren von C.I. Takiron sind Produkte, bei denen ein kernloser Motor oder ein bürstenloser Motor mit einem Getriebe kombiniert wird, und stellen eine geeignete Wahl für Anwendungen dar, bei denen in kompakten Geräten niedrige Drehzahlen bei hohem Drehmoment gewährleistet werden sollen.
Hauptanwendungsbereiche und Auswahlkriterien für kleine Motoren mit hohem Drehmoment
Kompakte Motoren mit hohem Drehmoment sind Produkte, die in Bereichen wie medizinischen Geräten und Industrieanlagen, in denen ein bestimmtes Drehmoment auf begrenztem Raum erforderlich ist, weit verbreitet sind. Um den Einsatz tatsächlich voranzutreiben, sollten Sie neben dem Verständnis der Anwendungsfälle auch die zu prüfenden Punkte bei der Auswahl sowie Antworten auf Fragen aus der Konstruktionspraxis bereithalten, damit die Planung reibungslos verläuft.In diesem Kapitel werden nacheinander typische Anwendungsbereiche, wichtige Auswahlkriterien sowie häufig gestellte Fragen erläutert.
Inhalt dieses Abschnitts
- Hauptanwendungsbereiche von kleinen Motoren mit hohem Drehmoment
- Wichtige Aspekte, die bei der Auswahl von Kleinmotoren zu beachten sind
- Häufig gestellte Fragen zu kompakten Motoren mit hohem Drehmoment
Wenn Sie Schritt für Schritt vorgehen – vom Verständnis des Verwendungszwecks über die Überprüfung der Auswahl bis hin zur Klärung von Fragen vor Ort –, erhalten Sie alle notwendigen Entscheidungsgrundlagen für die Erstellung von Unterlagen zur internen Prüfung.
Hauptanwendungsbereiche für kleine Motoren mit hohem Drehmoment
Die Hauptanwendungsbereiche kleiner Motoren mit hohem Drehmoment erstrecken sich zunehmend auf Bereiche, in denen eine präzise Drehmomentregelung im mN·m-Bereich unter beengten Platzverhältnissen erforderlich ist. Zu den typischen Anwendungsbereichen zählen die folgenden:
[ Hauptanwendungsbereiche für kleine Motoren mit hohem Drehmoment]
- Medizinische Geräte (Endoskope, Katheter)
- Industrieausrüstung (Elektrowerkzeuge)
- Optische Geräte (Linsenantriebssystem)
- Sicherheitsausrüstung (elektronische Schlösser)
Die Einsatzbereiche von Motoren mit hohem Drehmoment erstrecken sich auf ein breites Spektrum, darunter Industriemaschinen, Robotik und medizinische Geräte.Von den ultrakompakten Motoren mit Hohlwelle wird ein Einsatz in medizinischen und industriellen Bereichen wie OCT und Endoskopie erwartet. Da die Anforderungen an Drehmoment und Drehzahl je nach Anwendungsbereich unterschiedlich sind, bildet die Auswahl des Motors auf der Grundlage der Anwendungsanforderungen den Ausgangspunkt für die Konstruktionsplanung.
Wichtige Aspekte, die bei der Auswahl von Kleinmotoren zu beachten sind
Bei der Auswahl eines Kleinmotors sollten Sie die erforderlichen Drehmomente, Drehzahlen, Stromversorgungsbedingungen, die Lebensdauer sowie die Abmessungen unter einem ganzheitlichen Blickwinkel betrachten. Bei der Auswahl eines Kleinmotors ist es erforderlich, die jeweiligen Merkmale, Leistungsdaten und Eigenschaften miteinander zu vergleichen. Nachfolgend haben wir die wichtigsten Punkte zusammengestellt, die Sie im Vorfeld prüfen sollten.
| Zu überprüfende Punkte | Inhalt |
| Drehmoment und Drehzahl | Das Gleichgewicht zwischen erforderlichem Drehmoment und Drehzahl verstehen |
| Stromversorgungsbedingungen | Bitte überprüfen Sie, ob die Betriebsspannung und der Betriebsstrom innerhalb des zulässigen Bereichs liegen. |
| Betriebsumgebung | Berücksichtigung der Betriebsbedingungen, wie z. B. der Temperatur |
Es wird davon ausgegangen, dass bei steigender Umgebungstemperatur der Wicklungswiderstand zunimmt, wodurch die Magnetkraft des Magneten abnimmt und das Anlaufdrehmoment sinkt. Wenn Sie die Bedingungen unter Berücksichtigung der Temperatur der Einsatzumgebung festlegen, können Sie einen Motor auswählen, dessen Leistung im tatsächlichen Betrieb richtig eingeschätzt wird.
Häufig gestellte Fragen zu kleinen Motoren mit hohem Drehmoment
Im Rahmen der Untersuchung kleiner Motoren mit hohem Drehmoment haben wir häufig gestellte Fragen im Q&A-Format zusammengestellt.
Frage 1. Ist es möglich, das Drehmoment zu erhöhen, ohne die Größe zu verändern?
A. Ja, das ist möglich. Durch eine Überarbeitung der Magnete, der Wicklungen, des Luftspalts, des Kernmaterials und der Kernschichtdicke lässt sich das Drehmoment bei gleichbleibender Größe steigern.
Frage 2. Ist eine Konstruktion, bei der durch Gangwechsel die Drehzahl verringert und das Drehmoment erhöht wird, ein Kompromiss?
A. Dies muss nicht unbedingt ein Kompromiss sein. Die Drehzahlreduzierung durch Getriebe ist ein wirksames Mittel zur Steigerung des Drehmoments. Allerdings ist eine Konstruktion erforderlich, die ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Präzision, Geräuschentwicklung und Lebensdauer gewährleistet.
Frage 3. Führt die Steigerung des Drehmoments zu einer erhöhten Wärmeentwicklung?
A. Ja, er steigt. Eine Erhöhung des Drehmoments geht mit einem Anstieg der Stromstärke einher, wodurch sich Verluste in der Wicklung in Form von Wärmeentwicklung bemerkbar machen.
Frage 4. Bitte erläutern Sie, warum die Stromversorgung und die Treiber beim Systemstart an ihre Grenzen stoßen.
A. Beim Anlaufen des Motors fließt ein Spitzenstrom, der ein Vielfaches des Nennstroms erreicht. Wenn der Überstromschutz der Stromversorgung anspricht, sinkt die Ausgangsspannung, wodurch das Drehmoment aufgrund der geringeren angelegten Spannung abfällt und beim Anlaufen nicht das maximale Drehmoment erreicht werden kann.
Es ist einfacher, die Punkte, die bei der Konstruktion häufig zu Problemen führen, zu ordnen, wenn man sie sowohl unter dem Gesichtspunkt der Drehmomentsteigerung als auch unter dem der Stromversorgungsbedingungen betrachtet.
Zusammenfassung
In diesem Artikel haben wir die grundlegenden Konzepte kleiner Motoren mit hohem Drehmoment, typische Methoden zur Steigerung des Drehmoments, die wichtigsten Anwendungsbereiche und Auswahlkriterien sowie häufig gestellte Fragen zusammengefasst. Um das Drehmoment bei gleichbleibender Größe zu erhöhen, erweist sich eine Kombination aus der Optimierung der internen Konstruktion – wie Magnete, Kern und Wicklungen – und einer Untersetzung durch einen Getriebemotor als wirksames Mittel.Darüber hinaus sind die Anforderungen der jeweiligen Anwendung sowie die Temperaturbedingungen der Einsatzumgebung wichtige Punkte, die Sie bei der Auswahl berücksichtigen sollten. Die C.I. TAKIRON Corporation bietet Ihnen die Auslegung von Mikromotoren entsprechend Ihrer Anwendung sowie maßgeschneiderte Lösungen an. Sollten Sie bei der Konstruktionsplanung Unterstützung benötigen, wenden Sie sich bitte jederzeit an uns.
Produktinformationen und Kontakt
Ausführliche Informationen zu den Mikromotoren von C.I. Takiron finden Sie auf der folgenden Website.
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/
