Welche Motortypen gibt es?

Es gibt viele Motortypen. Sie lassen sich nach Art der Stromversorgung, Aufbau und Funktionsprinzip, Einsatzzweck und Betriebsdrehzahl unterscheiden. So gibt es beispielsweise je nach Einsatzzweck zwei Motortypen: Antriebsmotoren und Steuermotoren. Unterschiedliche Typen haben auch unterschiedliche Eigenschaften und wirken an unterschiedlichen Stellen. Bürstenlose Gleichstrommotoren beispielsweise zeichnen sich durch eine gute Linearität der mechanischen Eigenschaften und Einstellmöglichkeiten, einen großen Drehzahlregelbereich, eine lange Lebensdauer, einfache Wartung und geringe Geräuschentwicklung aus und sind frei von bürstenbedingten Problemen. Im Folgenden werden die Motortypen und ihre Eigenschaften kurz vorgestellt. Werfen wir einen Blick darauf!

V. Welche Motortypen gibt es?

1. Je nach Art der Arbeitsstromversorgung können sie in Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren unterteilt werden.

2. Je nach Aufbau und Funktionsprinzip können sie in bürstenlose Gleichstrommotoren und bürstenbehaftete Gleichstrommotoren, Permanentmagnet-Gleichstrommotoren und elektromagnetische Gleichstrommotoren unterteilt werden.

(1) Gleichstrommotoren mit Permanentmagneten werden je nach Material in Gleichstrommotoren mit Seltenerd-, Ferrit- und Aluminium-Nickel-Kobalt-Permanentmagneten unterteilt.

(2) Elektromagnetische Gleichstrommotoren werden entsprechend ihrer Erregungsmethode in reihenerregte, parallelerregte, fremderregte und doppelerregte Gleichstrommotoren unterteilt.

(3) Wechselstrommotoren können unterteilt werden in: Einphasenmotoren und Dreiphasenmotoren

3. Je nach Zweck

Es gibt Antriebsmotoren und Steuermotoren.

4. Je nach Laufgeschwindigkeit

Es gibt Hochgeschwindigkeitsmotoren, Niedriggeschwindigkeitsmotoren, Motoren mit konstanter Geschwindigkeit und drehzahlgeregelte Motoren.

Langsamlaufende Motoren werden weiter unterteilt in Untersetzungsmotoren, elektromagnetische Untersetzungsmotoren, Drehmomentmotoren und Klauenpol-Synchronmotoren.

Eigenschaften verschiedener Motortypen

1. Bürstenlose Gleichstrommotoren

Bürstenlose Gleichstrommotoren basieren auf bürstenbehafteten Gleichstrommotoren, ihr Antriebsstrom ist jedoch Wechselstrom. Bürstenlose Gleichstrommotoren lassen sich in bürstenlose Drehzahlmotoren und bürstenlose Drehmomentmotoren unterteilen. Generell gibt es zwei Arten von Antriebsströmen für bürstenlose Motoren: eine Trapezwelle (meist eine Rechteckwelle) und eine Sinuswelle. Ersterer wird manchmal als bürstenloser Gleichstrommotor, letzterer als Wechselstrom-Servomotor bezeichnet, der wiederum eine Art Wechselstrom-Servomotor ist.

Um das Trägheitsmoment zu reduzieren, weisen bürstenlose Gleichstrommotoren üblicherweise eine schlanke Bauweise auf. Gewicht und Volumen bürstenloser Gleichstrommotoren sind deutlich geringer als bei bürstenbehafteten Gleichstrommotoren, wodurch das entsprechende Trägheitsmoment um etwa 40–50 % reduziert werden kann. Aufgrund der Verarbeitungsprobleme permanentmagnetischer Materialien liegt die Gesamtleistung bürstenloser Gleichstrommotoren unter 100 kW.

Dieser Motor weist eine gute Linearität der mechanischen Eigenschaften und Einstelleigenschaften, einen großen Drehzahlregelbereich, eine lange Lebensdauer, eine einfache Wartung und geringe Geräuschentwicklung auf und weist keine durch Bürsten verursachten Probleme auf, sodass dieser Motor ein großes Anwendungspotenzial in Steuerungssystemen hat.

2. Schrittmotor

Der sogenannte Schrittmotor ist ein Aktuator, der elektrische Impulse in eine Winkelbewegung umwandelt. Vereinfacht ausgedrückt: Empfängt der Schrittmotortreiber ein Impulssignal, dreht er den Schrittmotor um einen festen Winkel in die eingestellte Richtung. Die Winkelbewegung des Motors lässt sich durch die Anzahl der Impulse steuern, um eine präzise Positionierung zu erreichen. Gleichzeitig lassen sich Geschwindigkeit und Beschleunigung des Motors durch die Impulsfrequenz steuern, um die Drehzahl zu regulieren. Zu den gängigsten Schrittmotoren zählen derzeit reaktive Schrittmotoren (VR), Permanentmagnet-Schrittmotoren (PM), Hybrid-Schrittmotoren (HB) und einphasige Schrittmotoren.

Der Hauptunterschied zwischen Schrittmotoren und herkömmlichen Motoren liegt in ihrer Impulsantriebsform. Genau diese Eigenschaft ermöglicht die Kombination von Schrittmotoren mit moderner digitaler Steuerungstechnik. Allerdings sind Schrittmotoren hinsichtlich Regelgenauigkeit, Drehzahlbereich und Leistung bei niedrigen Drehzahlen nicht so gut wie herkömmliche geregelte Gleichstrom-Servomotoren. Daher werden sie hauptsächlich dort eingesetzt, wo keine besonders hohen Präzisionsanforderungen gestellt werden. Aufgrund ihrer einfachen Struktur, hohen Zuverlässigkeit und geringen Kosten finden Schrittmotoren breite Anwendung in verschiedenen Bereichen der Produktion. Insbesondere im CNC-Werkzeugmaschinenbau gelten Schrittmotoren als ideale Stellantriebe für CNC-Werkzeugmaschinen, da sie keine A/D-Wandlung benötigen und digitale Impulssignale direkt in Winkelverschiebungen umwandeln können.

Neben der Anwendung in CNC-Werkzeugmaschinen können Schrittmotoren auch in anderen Maschinen eingesetzt werden, beispielsweise als Motoren in automatischen Zuführvorrichtungen, als Motoren für allgemeine Diskettenlaufwerke und auch in Druckern und Plottern.

Schrittmotoren weisen zudem viele Mängel auf. Aufgrund der Leerlauf-Startfrequenz können Schrittmotoren bei niedrigen Drehzahlen normal laufen. Überschreiten sie jedoch eine bestimmte Drehzahl, lassen sie sich nicht mehr starten und erzeugen ein scharfes Pfeifgeräusch. Die Präzision der Unterteilungstreiber verschiedener Hersteller kann stark variieren. Je größer die Anzahl der Unterteilungen, desto schwieriger ist die Präzisionskontrolle. Zudem vibriert und geräuscht der Schrittmotor bei niedriger Drehzahl stärker.

3. Servomotor

Servomotoren werden häufig in verschiedenen Steuerungssystemen eingesetzt. Sie können das Eingangsspannungssignal in ein mechanisches Ausgangssignal an der Motorwelle umwandeln, das gesteuerte Element ziehen und so den Steuerungszweck erfüllen.

Servomotoren werden in Gleichstrom- und Wechselstrommotoren unterteilt. Die ersten Servomotoren waren allgemeine Gleichstrommotoren. Bei unzureichender Steuerungspräzision wurden allgemeine Gleichstrommotoren als Servomotoren eingesetzt. Strukturell handelt es sich bei den aktuellen Gleichstrom-Servomotoren um Gleichstrommotoren mit geringer Leistung. Ihre Erregung erfolgt meist über Anker- und Magnetfeldsteuerung, in der Regel jedoch über Ankersteuerung.

Klassifizierung rotierender Motoren. Gleichstrom-Servomotoren erfüllen die Anforderungen des Steuerungssystems hinsichtlich mechanischer Eigenschaften zwar gut, weisen jedoch aufgrund des Kommutators viele Nachteile auf: Zwischen Kommutator und Bürste bilden sich leicht Funken, die den Betrieb des Treibers beeinträchtigen. Daher ist der Einsatz an Orten mit brennbaren Gasen nicht möglich. Zwischen Bürste und Kommutator entsteht Reibung, die eine große Totzone erzeugt. Die Struktur ist komplex und die Wartung schwierig.

Ein AC-Servomotor ist im Wesentlichen ein Zweiphasen-Asynchronmotor und es gibt drei Hauptsteuerungsmethoden: Amplitudensteuerung, Phasensteuerung und Amplituden-Phasen-Steuerung.

Servomotoren erfordern in der Regel eine Drehzahlregelung durch das angelegte Spannungssignal. Die Drehzahl kann sich mit der Änderung des angelegten Spannungssignals kontinuierlich ändern. Der Motor sollte schnell reagieren, klein sein und eine geringe Steuerleistung aufweisen. Servomotoren werden hauptsächlich in verschiedenen Bewegungssteuerungssystemen, insbesondere in Folgesystemen, eingesetzt.

4. Drehmomentmotor

Der sogenannte Torquemotor ist ein flacher, mehrpoliger Gleichstrommotor mit Permanentmagneten. Sein Anker verfügt über eine große Anzahl von Nuten, Kommutierungssegmenten und Reihenschaltungen, um Drehmoment- und Drehzahlschwankungen zu reduzieren. Es gibt zwei Arten von Torquemotoren: Gleichstrom- und Wechselstrom-Torquemotoren.

Unter anderem ist die Selbstinduktivität von Gleichstrom-Drehmomentmotoren sehr gering, sodass sie sehr gut reagieren. Ihr Ausgangsdrehmoment ist proportional zum Eingangsstrom und hat nichts mit der Drehzahl und Position des Rotors zu tun. Sie können direkt an die Last angeschlossen werden und bei niedriger Drehzahl ohne Untersetzung im nahezu blockierten Zustand laufen. Dadurch wird ein hohes Drehmoment-Trägheits-Verhältnis an der Lastwelle erzeugt und der durch den Einsatz von Untersetzungsgetrieben verursachte Systemfehler eliminiert.

AC-Drehmomentmotoren lassen sich in Synchron- und Asynchronmotoren unterteilen. Derzeit werden häufig Asynchronmotoren mit Käfigläufer eingesetzt, die sich durch niedrige Drehzahl und hohes Drehmoment auszeichnen. AC-Drehmomentmotoren werden häufig in der Textilindustrie eingesetzt. Funktionsprinzip und Aufbau entsprechen denen von Einphasen-Asynchronmotoren. Aufgrund des hohen Widerstands des Käfigläufers sind seine mechanischen Eigenschaften jedoch weicher.