Vor- und Nachteile von Eisenkern-, U-Kanal- und röhrenförmigen Linearmotoren

Dynetics, ein Spezialist für Linear- und Kleinmotoren, erklärt in dem Beitrag drei verschiedene Linearmotortechnologien und gibt Ratschläge zur Auswahl des bestmöglichen Motors für die jeweilige Anwendung.

Ein Linearmotor versetzt die von ihm getriebenen Objekte nicht in eine drehende Bewegung, sondern bewegt sie linear. Die Last wird direkt mit dem bewegten Teil des Motors gekoppelt – ohne mechanische Übertragungselemente wie Getriebe, Zahnriemen, Zahnstangen, Ritzel oder Spindeln. Das bewegliche Spulenteil, der Läufer, lässt verschiedene Kräfte oder Geschwindigkeiten zu. Momentan gibt es drei Hauptgruppen von direkt angetriebenen Linearmotoren auf dem Markt. Jeder diese drei Motortypen hat Vor- und Nachteile. Die drei vorgestellten Linearmotortechnologien sind Eisenkern-, U-Kanal- und röhrenförmige bzw. zylindrische Linearmotoren. Jede Motortechnologie hat einen anderen Formfaktor, eine andere erreichbare Kraftdichte und eine andere Effizienz. Das Verständnis der Unterschiede zwischen diesen Motortypen geben dem Entwickler die Möglichkeit, den bestmöglichen Motor für seine Anwendung zu wählen.

Eisenkernmotor

Eisenbehaftete Motoren bzw. Eisenkernmotoren haben einen Kern aus Eisen oder Stahl, z. B. Blechpakete. Zu dieser Motortechnologie gehört der wohlbekannte Linearmotor, der seit längerer Zeit auf dem Markt ist. Die Grundstruktur des Motors kann man sich als einen abgewickelten rotativen Motor mit einem separaten Stator und magnetischen Polen vorstellen.
Der Motor hat eine Reihe elektromagnetischer Spulen, die um den Eisenkern gewickelt sind (Bild 1). Die mikroskopisch kleinen magnetischen Domänen im Eisenkern richten sich nach dem Magnetfeld der Spulen aus. Da es sich bei Magnetfeldern um Vektorgrößen handelt, sind Richtung und Intensität additiv und führen zu einer erheblichen Erhöhung der magnetischen Feldstärke. Hieran zeigt sich der große Vorteil der Eisenkernmotoren, bei denen ein gegebener Stromfluss eine erhebliche Schubkraft bewirkt. Der Eisenkernmotor hat aber einige Nachteile, die bei der Systementwicklung zu berücksichtigen sind. Dazu gehören Rastmoment, Wirbelströme, magnetische Sättigung, großer Platzbedarf und Querkräfte.

Bild 1: Schematischer Aufbau eines Eisenkernmotors
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