Was ist ein kernloser Motor?
Ein kernloser Motor ist ein kleiner Motor ohne Eisenkern.
Er wird auch als eisenloser Motor bezeichnet. Der Vorteil eines kernlosen Motors besteht darin, dass es aufgrund des fehlenden Eisenkerns keine Eisenverluste gibt. Es gibt keine Vibrationen aufgrund von Rastmomenten und der Motor läuft leise.
Allerdings ist das Drehmoment geringer, da die erzeugte Magnetkraft schwächer ist als bei einem normalen Motor.
Anwendungen für kernlose Motoren
Kernlose Motoren werden in Vibrationsmotoren für vibrierende Mobiltelefone und in Servomotoren für funkgesteuerte Fahrzeuge und Roboter eingesetzt, wobei ihre geringe Größe und die niedrigen Vibrationen, Geräusche und elektromagnetischen Störungen von Vorteil sind.
Aufgrund ihrer hervorragenden Reaktionsfähigkeit und Regelbarkeit werden sie auch in Vermessungsinstrumenten, Kameraobjektivmotoren, Ultraschallendoskopen, chirurgischen Bohrern usw. eingesetzt, was sie zu unentbehrlichen Motoren macht, insbesondere in medizinischen Anwendungen. Die Hersteller entwickeln ihre eigenen einzigartigen Wickelmethoden, Materialien usw.
Funktionsweise der kernlosen Motoren
Ein gewöhnlicher Motor besteht aus einer Spule, die um einen Eisenkern gewickelt ist, wobei sich ein Magnet außerhalb der Spule befindet. Ein elektrischer Strom fließt durch die Spule. Ein durch elektromagnetische Induktion erzeugte Magnetfeld wird genutzt, um den Magneten in Drehung zu versetzen.
Bei kernlosen Motoren wird der Eisenkern eliminiert, indem Dauermagnete auf der Innenseite angebracht werden und die Spule in Form eines Bechers gewickelt wird, wobei Harz oder ein anderes Material auf der Außenseite der Magnete verwendet wird, in umgekehrter Weise. Wenn ein elektrischer Strom an die Spule angelegt wird, dreht sich die Spule gemäß der Flemingschen Regel für die linke Hand. Da sich die Spule dreht, wird sie als Rotor bezeichnet.
1. Reaktion auf Strom
Kernlose Motoren haben eine geringe Wicklungsinduktivität und einen hohen Wirkungsgrad. Die elektrische Zeitkonstante des Motors ist ein Parameter, der die Eigenschaften des Stromanstiegs im Verhältnis zur Eingangsspannung beschreibt.
Sie gibt die Zeit an, die der Strom benötigt, um 63,2 % seines Spitzenwertes zu erreichen. Aufgrund der relativ geringen elektrischen Zeitkonstante von kernlosen Motoren reagiert der Strom sehr schnell.
2. Beschleunigung/Verzögerung
Bei kernlosen Motoren handelt es sich um Motoren mit geringem Trägheitsmoment aufgrund ihres geringen Gewichts. Trägheit bezieht sich auf das Trägheitsmoment, das proportional zur Masse zunimmt.
Das Trägheitsmoment ist proportional zum Beschleunigungs-/Verzögerungsmoment, d. h. dem Drehmoment, das erforderlich ist, um auf eine bestimmte Drehzahl zu beschleunigen oder abzubremsen. Das bedeutet, dass das Beschleunigungs-/Verzögerungsdrehmoment bei kernlosen Motoren ebenfalls geringer ist, sodass sie sich für schnelle Beschleunigung und Verzögerung eignen.
Die Verwendung von leistungsstarken Seltenerdmagneten, wie z. B. Neodym-Magneten für die internen Magneten, hat zu einer weiteren Miniaturisierung und einem höheren Drehmoment geführt. Sie tragen dazu bei, Größe, Dicke und Gewicht zu verringern.
Weitere Informationen zu kernlosen Motoren
1. Wirkungsgrad von kernlosen Motoren
Kernlose Motoren leiden nicht unter Eisenverlusten. Eisenverluste bestehen hauptsächlich aus Hystereseverlusten und Wirbelstromverlusten. Der Energieverlust, der durch eine Änderung der Magnetfeldrichtung des Eisenkerns verursacht wird, wird Hystereseverlust genannt.
Die Änderung der Richtung des Magnetfelds erzeugt auch einen elektrischen Strom im Eisenkern. Die erzeugte elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt und entweicht nach außen; dieser Verlust wird als Wirbelstromverlust bezeichnet.
Bei kernlosen Motoren treten die oben genannten Eisenverluste nicht auf, sodass der Motor auch bei hohen Drehzahlen mit hohem Wirkungsgrad arbeiten kann. Die Art der Wicklung der Spulen ist Ausdruck der Technologie des jeweiligen Unternehmens und dient dazu, den Abfall zu verringern und den Wirkungsgrad zu erhöhen.
2. Unterschied zwischen kernlosen Motoren und bürstenlosen Motoren
Ein kernloser Motor ist ein Motor, der keinen Eisenkern (Kern) verwendet, sondern aus Spulen und Magneten besteht. Ein Motor mit Spulen, die um einen gemeinsamen Eisenkern gewickelt sind, wird als kernloser Motor bezeichnet.
Bürstenlose Motoren sind Motoren, die keine Bürsten verwenden und von einer elektronischen Schaltung gedreht werden, die die Stromrichtung steuert. Gleichstrommotoren (DC-Motoren) werden danach eingeteilt, ob sie durch eine elektronische Schaltung oder einen Kommutator und Bürsten gesteuert werden, da die Stromrichtung regelmäßig umgekehrt werden muss, damit sich der Motor weiter dreht.
Es gibt zwei Arten von kernlosen Motoren: bürstenbehaftete und bürstenlose Motoren. Ein Motor, der kernlos und bürstenlos ist, wird als kernloser bürstenloser Motor bezeichnet. Bei bürstenbehafteten Motoren ist der Rotor die Spule und der Stator ist der Permanentmagnet. Bei bürstenlosen Motoren ist der Rotor ein Dauermagnet und der Stator eine Spule.
3. Vor- und Nachteile von kernlosen Motoren
Vorteile
- Kompakt und leicht
- Hohe Drehzahlen sind möglich
- Hoher Wirkungsgrad und geringe Stromaufnahme
- Kein Ruckeln
Der Eisenkern macht den größten Teil des Gewichts des Motors aus. Da kernlose Motoren keinen Eisenkern haben, sind sie kompakt und leicht. Außerdem haben sie ein geringes Trägheitsmoment, was zu einer hervorragenden Reaktionsfähigkeit und Regelbarkeit sowie zu einem hohen Motorwirkungsgrad und hohen Drehzahlen führt.
Bei Motoren mit Kern bewegen sich der Eisenkern und der Magnet immer wieder aufeinander zu und wieder voneinander weg, was jedes Mal zu einem „Cogging“, einem Einfangen der Magnetkraft, führt. Der Vorteil von kernlosen Motoren ist jedoch, dass kein Rastmoment auftritt, was zu einer gleichmäßigen und ruhigen Drehung führt.
Nachteile
- Geringes Drehmoment
- Unempfindlich gegen Hitze
- Hoher Preis
Ein Nachteil von kernlosen Motoren ist, dass sie im Allgemeinen ein geringes Drehmoment haben. Die Höhe des Drehmoments ist proportional zum Stromwert. Um ein hohes Drehmoment zu erreichen, muss ein hoher Strom angelegt werden. Da der Kupferdraht jedoch dünn ist und es keinen Eisenkern gibt, ist die Spule mechanisch schwach und ein hoher Strom kann nicht angelegt werden.
Wenn ein großer Strom an einen kernlosen Motor mit einem kleinen zulässigen Stromwert angelegt wird, kann die Hitze die Spule verformen und zum Ausfall des Motors führen.