EIN TORQUEMOTOR, WIE FUNKTIONIERT DAS?

Torquemotoren sind im Allgemeinen PMSM-Motoren. Genau wie herkömmliche Servomotoren können auch diese Motoren mit einem Regelmechanismus ausgestattet werden, das Konzept und die Form sind jedoch anders. Ein Torquemotor ist toroidförmig (wie ein Donut). Das heißt, er hat einen großen Durchmesser und eine kurze Achse. Diese Motoren können die Anwendung ohne zusätzliche mechanische Elemente wie Schneckenräder, Riemen oder Riemenscheiben direkt antreiben.

Aufgrund seiner Form erreicht der Torquemotor zwar ein hohes Drehmoment, seine Drehzahl ist jedoch begrenzt. Ein herkömmlicher Servomotor kann dagegen eine viel höhere Drehzahl erreichen, das Drehmoment ist jedoch viel geringer. Er ist daher häufig mit einem Getriebe ausgestattet, um das gewünschte Verhältnis von Drehzahl zu Drehmoment zu erreichen. Dieses Getriebe verringert allerdings die Effizienz und die Genauigkeit.

Bei den Drehmomentantrieben mit Direktantrieb wird in erster Linie zwischen zwei Arten unterschieden: zwischen Außenläufermotoren und Innenläufermotoren. Bei Außenläufermotoren befindet sich der Rotor außerhalb des Stators (Elektromagnet und Lamelle). Bei Innenläufermotoren  befindet sich der Rotor dagegen im Inneren des Stators. Beide Arten von Torquemotoren bieten jeweils spezifische Vorteile und funktionieren auf eine ähnliche Weise.

Der Stator eines Torquemotors

Der Stator ist der statische Teil des Torquemotors, der das Blechpaket und die Kupferwicklungen enthält. Darüber hinaus enthält das Blechpaket sogenannte „Polzähne“ oder „Statorzähne“. Auf jedem dieser Zähne sind Kupferwicklungen angebracht. Wenn dreiphasiger Wechselstrom an die Kupferwicklungen angelegt wird, verwandelt sich der Stator in eine Anordnung von Elektromagneten. Dadurch entsteht um den Stator herum ein alternierendes rotierendes Magnetfeld, siehe das Video rechts. Die orangefarbenen bzw. blauen Bereiche geben den Süd- bzw. Nordpol an. Außerdem können die Kupferwicklungen am Stator auf unterschiedliche Weisen konfiguriert werden, um unterschiedliche Leistungsparameter zu erzeugen, die für verschiedene Anwendungen wichtig sein können.

DER rotOR EINES TORQUEMOTORS​

Der Rotor ist der bewegliche oder rotierende Teil des Drehmomentmotors, der die Permanentmagnete enthält. Die Permanentmagnete sind in einem Nord-Süd-Nord-Süd-Muster auf dem Rotor angeordnet. Die blauen bzw. orangefarbenen Bereiche geben den Nord- bzw. Südpol an, siehe das Video rechts. Das Permanentmagnetfeld des Rotors wirkt mit dem magnetischen Wechselfeld des Rotors zusammen. Zwischen dem Stator und dem Rotor befindet sich der magnetische Luftspalt.

Der Stator und der Rotor eines Torquemotors

Bei einem Außenläufermotor wird der Rotor um den Stator gelegt. Wenn Strom angelegt wird, beginnt das Magnetfeld des Stators mit dem Permanentmagnetfeld des Rotors zu interagieren. Dadurch beginnt sich das Permanentmagnetfeld des Rotors synchron mit dem Statormagnetfeld zu drehen und ein Drehmoment (N) wird erzeugt, siehe das Video rechts.

Das Drehmoment des Direktantriebsmotors ist proportional zum Strom im Stator. Außerdem ist die erforderliche Spannung proportional zur Drehzahl.

Eingang: Elektrische Leistung = Strom * Spannung.

Ausgang: Mechanische Leistung = Drehmoment * Winkelgeschwindigkeit.

Durch Einstellen der Anzahl der Wicklungen und/oder durch die Wicklungskonfiguration kann das Verhältnis zwischen Spannung und Strombedarf geändert werden. Dadurch ist der Motor für verschiedene Anwendungsbereiche wie Halbleiter, Robotik, Lebensmittel und Verpackungen einsetzbar.

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