Kleinstmotoren
Elektrische
Kleinstmotoren
Nessl Gerald 3ANL
Inhaltsverzeichnis
Einführung: ......
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Kleinstmotor und Triebwerk.
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Anpassung an die Energiequelle.
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Das Drehmoment.
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Die Drehzahl..
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Der Wirkungsgrad..
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Die Wartung....
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Der Motorenaufbau...
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Die mechanischen Schwingungen.
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Die Störfelder...
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Funktionsprinzip von Kleinstmotoren....
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Hystereseläufer.....
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Einphasensynchronmotor....
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Spaltpolmotor..
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Funktionsweise des Spaltpolmotors.....
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Wechselstrommotor ohne Hilfsphase....
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Wechselstrommotor mit Hilfsphase...
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Kondensatormotor......
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Motor mit Phasenschieberwiderstand..
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Motor mit Drosselspule...
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Bürstenlose Gleichstrommotoren......
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Anhang....
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Informationsquelle + Autoren.
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Den kleinste Motor der Welt..
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Einführung:
Mit Kleinstmotor bezeichnet man Motoren deren Leistung bis zu 600 W erreicht.
Elektrische Kleinstmotoren werden als Antriebselement in vielen Geräten für den Konsumbedarf und den gewerblichen Sektor eingesetzt. Auch als Fertigungsmittelantriebe finden sie in der Industrie Verwendung. In diesem Leistungsbereich findet man eine beachtliche Zahl verschiedenartiger Motoren, die auf die Anforderungen der anzutreibenden Geräte speziell ausgerichtet. sind. Die Entwicklung und der Bau spezieller Kleinstmotoren für unterschiedliche Antriebsaufgaben ist in den meisten Fällen nur dann wirtschaftlich vertretbar, wenn jeder dieser speziellen Motoren in großen Stückzahlen verkauft werden kann.
Kleinstmotor und Triebwerk
Der Kleinstmotor ist als Wandler konzipiert, der über die Klemmen zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umsetzt und diese über die Welle an das Triebwerk weitergibt.
Da der Wirkungsgrad für diesen Prozeß bei Kleinstmotoren meist weit unterhalb 100% liegt, gibt der Motor neben der Wellenleistung Pm noch dazu Verlustleistungen ab. Die Verlustleistungen werden in einem späteren Punkt noch einem detaillierter behandelt.
Für den Motor gilt grundsätzlich PElektrisch = PMechanisch + PWärme + PSchall + PFrequenz
Bild der Energieströme Bild 1.3 Seite 18
Kleinstmotorenbuch
Die mechanisch vom Motor abgegebene Leistung Pm läßt sich aus Motordrehzahl nm und dem Drehmoment Mm errechnen:
Pm = 2p x nm x Mm = wm x Mm
wobei die Größe wm als Winkelgeschwindigkeit bezeichnet wird.
Jedes Triebwerk hat einen von der Winkelgeschwindigkeit wt abhängigen Drehmomentenbedarf Mt. Man sieht in dem Bild unterhalb die Mt Kennlinie eines Lüfters strichpunktiert dargestellt.
Der Drehmomentbedarf Mt steigt hier mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit wt an. Auch der Motor gibt bei jeder Winkelgeschwindigkeit wm ein charakteristisches Moment Mm ab. In dem 2. Bild sieht man das Zusammenspiel eines Kleinstmotors mit einem Lüfter höheren Momentenbedarfs.. Hierbei ergeben sich die Schnittpunkte B, C, und D zwischen Motor- und Lüfterkennlinie.
Es kann sich hier nach dem Einschalten nur der stationäre Betriebspunkt B einstellen. Erhöht man aber die Spannung um das Drehmoment zu steigern, dann wird der Antrieb zu einer größeren Drehzahl hochlaufen wo er momentan wieder einem stabilen Arbeitspunkt erreicht und diesen auch halten kann, wenn man die Betriebsspannung wieder absenkt. Dieser Antrieb arbeitet aber unbefriedigend, da zwei Zustände möglich sind.
Der Betriebspunkt C wird sich nicht einstellen. Das heißt, der ganze Zustand ist labil. Da bei einer minimalen Abweichung von der Drehzahl in Punkt C entweder sofort ein Hochlaufen nach D oder ein Absinken der Drehzahl nach Punkt B erfolgt.
In diesem Beispiel wurde soeben verdeutlicht, daß Kleinstmotoren und Antrieben miteinander kombiniert entworfen und eingesetzt werden müssen. Jeder Kleinstmotor ist nur mit einem eigens bestimmten Antrieb kompatibel.
In der Waschmaschine ist eine anderer Motor als im Geschirrspüler. Jeder Motor hat andere Anforderungen.
Im Bereich der Kleinstmotoren fällt es schwer einfach einen Universalmotor nehmen und anzuschließen. Solche Aktionen funktionieren in höherleistigeren Systemen.
Bild auf Seite 19 1.4 Bild auf Seite 20 1.5
Die Anforderungen an einen Kleinstmotor sind:
Die Anpassung an die Energiequelle.
Es stehen zu Verfügung das Wechselstromnetz, das Gleichstromnetz bei Fahrzeugen und
netzunabhängigm Betrieb.
Kleinstmotoren müssen so ausgelegt sein, daß sie bei –15% bis +6% ausreichend arbeiten.
Das Drehmoment
Der Kleinstmotor muß nicht nur bei stationären Betrieb das notwendige Drehmoment aufbringen können, sondern er muß auch beim Anlaufvorgang den notwendigen Überschuß gegenüber dem Momentbedarf des Triebwerks zur Verfügung stellen, um einen schnellen Hochlauf zu leisten.
Die Reibung von Triebwerken nimmt bei fallenden Temperaturen wegen der höheren Zähigkeit des Schmiermittels stark zu. Diesem Zustand muß bei der Festlegung des Anlaufdrehmoments Rechnung getragen werden.
Drehzahl
Bei Drehzahlmotoren ist die Drehzahl nm an die Frequenz f der Wechselspannung und an die Polpaarzahl des Motors gebunden. Für die Synchrondrehzahl ns gilt:
ns=f/p Im allgemeinem giltè keine Drehzahlen über 3000 U/min, es sei den die Drehzahlen werden mit einer eigenen Frequenzspeisung erzeugt.
Demnach sind nur ganz bestimmte Synchronzahlen erreichbar. Bei Motoren im oberen Leistungsbereich bevorzugt man p = 1, und bei geringe Leistungen werden hohe Polpaarzahlen bevorzugt.
16 / 24 polige Motoren.
Kommutator-Motoren sind für jede Drehzahl baubar. Forderungen nach hoher Drehzahl und hoher Leistung wird man hier gerecht, wenn man mechanische oder elektronische Regeleinrichtungen einsetzt.
d. Der Wirkungsgrad:
Ein hoher Wirkungsgrad wird bei Wechselstrom-Kleinstmotoren allgemein wegen der . niedrigen Kosten der Energie aus Netz nicht gefordert.
Grundsätzlich andere Bedingungen liegen beim Gleichstrommotor vor, der von Batterien . gespeist wird. Wegen der hohen Kosten der Batterieenergie werden von solchen Motoren .
hohe Wirkungsgrade erwartet.
Im Allgemeinem giltè h=Pab/Pzu
Das heißt, es kommen noch hinzu
Die Ständer-Eisenverluste (PFe),
Die Ständer-Kupferverluste (PCu)
Die Rotor-Eisenverluste (PFe)
Die Rotor-Kupferverluste (PCu)
Weiters gibt der Motor Energie in Form von Schall, mechanischen Schwingungen, . .
. Wechselfelder sowohl magnetischer als auch elektrischer Art ab.
Diese ganzen Verluste führen schließlich zur Erwärmung des Motors. Um diese Wärme . abzuführen ist es zweckmäßig einen Kühleinrichtung installiert zu haben.
e.
Wartung
Kleinstmotoren können im Allgemeinem ohne Wartung betrieben werden. Bei
Drehfeldmotoren wird die Lebenserwartung durch die Lager bestimmt.
Bürsten und Kommutator sind die Lebenserwartung bestimmenden Elemente bei
Kommutator-Motoren.
f. Motoraufbau
Der Motor sollte so aufgebaut sein, daß seine Abmessungen möglichst klein sind und sein
Gewicht möglichst gering ist. Die verwendeten Materialien müssen den
Temperaturbelastungen ausreichend widerstehen.
Klimatische Einflüsse, insbesondere die
Luftfeuchtigkeit, dürfen zu keiner so weitgehenden Korrosion führen, daß
die Gebrauchstüchtigkeit des Motors beeinträchtigt wird.
Mechanische Schwingungen
Bei einer Vielzahl von Antrieben wird ein geringer Geräuschpegel gefordert. Hier muß man nicht unbedingt einen aufwendigen, schwingungsarmen Kleinstmotor vorsehen. Oft ist es zweckmäßiger, ein preisgünstigeren Motor einzusetzen und dessen störende, mechanische Schwingung vom Triebwerk zu isolieren.
Störfelder
Die Auswirkung elektromagnetischer Wechselfelder, die vom Motor ausgehend empfindliche Aufnahme und Verstärkereinrichtung des Triebwerks beeinflussen, können dadurch reduziert werden, daß man
¾ den Motor so weit wie möglich von der Aufnahmeeinrichtung entfernt anordnet,
¾ den Motor so lange dreht, bis er nur mit dem räumlichen Minimum seines Störfeldes
auf die Aufnahmeeinrichtung wirkt,
¾ zwischen Motor und Aufnahmeeinrichtung eine geeignete –Abschirmung vorsieht.
¾ Störungen, die den Motor über die Speiseleitungen verlassen, müssen gegebenenfalls
mit Hilfe elektrischer Filter abgeblockt werden.
Funktionsprinzip von Kleinstmotoren
Die unterschiedlichen Anforderungen an Kleinstmotoren können nur mit unterschiedlichen Motorausführungen erfüllt werden.
Während Wechselstrommotoren sich als Drehfeld-Motoren ohne Kontakteinrichtungen bauen lassen, kann man bei Gleichstrom-Motoren auf einen Kommutierungseinrichtung nicht verzichten. Durch Verändern der beiden Grundprizipien Drehfeld-Motor und Kommutator-Motor ergibt sich bei der Anpassung an die spezielle Anforderungen des Treibwerks ein breites Spektrum unterschiedlicher Kleinstmotoren.
Das Drehmoment kann zwar grundsätzlich in allen Fällen von der Struktur des magnetischen Feldes im Luftspalt ermittelt werden. jedoch ist es ein einfacher wenn man unterscheidet
Bei Drehfeld-Motoren geht man davon aus daß das räumlich sich drehende Magnetfeld den Läufer sozusagen mitnimmt.
Bei Kommutator-Motoren betrachtet man die Kraftwirkungen, die zwischen Leiterschleifen und Magnetfeld auftreten.
Bild von Seite 26
Im vorherigen Bild sind in einer Übersicht die Funktionsprinzipien der wichtigsten Kleinmotoren zusammengestellt. Bei Drehfeldmotoren sind 5 Schaltungsmöglichkeiten, die dem Aufbau eines mehr oder minder vollkommenen Drehfeldes dienen, aufgezeigt.
®Drehstrommotor mit dreisträngiger Wicklung in Sternschaltung.
®Einphasenmotor mit dreisträngiger Wicklung in Dreieckschaltung und Phasenschieber-Kondensator (Steinmetzschaltung).
®Einphasenmotor mit zweisträngiger Wicklung, bestehend aus Hauptphase und Kondensator-Hilfsphase.
®Einphasenmotor mit zweisträngiger Wicklung, bestehend aus Hauptphase und Widerstands-Hilfsphase.
®Spaltpolmotor.
Da die normalen Ausführungen von A-Synchron und Synchronmotor ja weitgehend bekannt sind, wird hier nun auf Sonderformen dieser Motoren eingegangen.
Hystereseläufer
(Synchronmotor mit Hystereseläufer)
Der große Vorteil von Hysteresemotoren ist, daß sie von selbst anlaufen, und ein Synchronmoment besitzen. Dies wird durch zwei voneinander verschiedene Mechanismen erreicht.
Im Anlaufzustand ist das Drehfeld in der Lage, das Material des Rotors umzumagnetisieren. Das heißt, des Rotors magnetische Achse rotiert synchron mit dem magnetisiertem Feld.
Dabei wird dem Läufer ein Drehmoment mitgeteilt, das den Hochlauf bis zum Synchronismus bewirkt.
Dieses Moment ist unabhängig von der Drehfeldgschwindigkeit stets gleich, weil das Moment der Energieänderung dem Drehwinkel entspricht, und dieser ist unabhängig von der Drehfeldgschwindigkeit.
Das konstante Moment verleiht dem Rotor eine konstante Drehbeschleunigung, die ihn mit linear steigender Drehgeschwindigkeit hochlaufen läßt.
Beim Erreichen der Synchrongeschwindigkeit erlischt das Anlaufdrehmoment. Weil der Motor jedoch partiell aufmagnetisiert ist, folgt er nun dem Drehfeld wie ein normaler Synchronmotor. Er hat zwar nur mehr einen Belastungswinkel b von 20°, aber das macht nichts.
Er kann nicht kippen. Sobald er mehr nachläuft wirkt wieder das Anlaufdrehmoment.
Einphasensynchronmotor
(Reluktanzmotor = mag. Widerstand)
Diese Motorenform hat gegenüber der normale Synchronmaschine den Vorteil, daß sie mit der genauen arbeitenden Drehzahlen ausgestattet werden kann. Die Drehzahl n ist nur abhängig von der Frequenz f und der Netzspannung.
Bild von Seite 159 Elektrotechnikbuch Abb.
1
Polhörner und Joch bestehen aus Dynamoblechprofile. Das Wechselfeld wird in einer Spule erzeugt. Der Läufer besteht meist aus Weichmagneteisen, seltener jedoch aus Permanentmagneten. Polhörner und Läufer sind so gezahnt, daß einem Läuferzahn genau ein Polhornzahn gegenüber stehen. Wird der Motor eingeschaltet, ziehen die Polhornzähne an. Ständer und Läufer sind verschieden gepolt.
Der Läufer dreht sich aber in diesem Augenblick noch nicht. Erst wenn der Läufer angeworfen wird, dreht er sich weiter.
Eine 2. Möglichkeit den Läufer zum Rotieren zu bringen, besteht darin, unregelmäßige Luftspalten oder unregelmäßige magnetische Widerstände einzubauen. Dann ziehen bei positiven Stromfluß in der Spule die Zähne des Polhornes als Nordpole die Zähne des Läufers an. Während des Stromnulldurchganges (kein Magnetfeld) bewegt sich der Läufer aufgrund seines Schwungmomentes weiter.
Bei umgekehrten Stromfluß ist das Polhorn ein Südpol. Nun werden die nächstfolgenden Läuferzähne angezogen. Dieser Vorgang wiederholt sich mit der Frequenz f der anliegenden Wechselspannung. Der Läufer dreht sich mit der Drehzahl n = (2xf)/z, wobei z die Anzahl der Läuferzähne ist.
Synchrone Kleinstmotoren benetzt man z.B.
als Antrieb für Uhren.
Bild von Seite 159 Elektrotechnikbuch Abb. 2
Der Spaltpolmotor
Spaltpolmotoren werden für Leistungen von Bruchteilen eines Watts bis zu ca. 100 W. Der konstruktive Aufbau von Spaltpolmotoren ist einfach, die niedrigen Fertigungskosten ergeben einen günstigen Preis, so das der Spaltpolmotor in vielen Anwendungsgebieten verwendet wird. Zu beachten sind jedoch seine Nachteile im Vergleich zu anderen Motoren, der schlechte Wirkungsgrad und die oftmals ungünstige Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie.
Aufbau des Spaltpolmotors.
Bild Seite 146 Elektrotechnikbuch Abb. 1
Sein Ständer besteht aus einem Dynamoblechpaket mit ausgeprägten Polen und einer Wechselstromerregerwicklung Die Pole haben einen Spalt . Daher der Name. In diesem liegt ein Teil des Kurzschlußringes aus Kupfer oder Aluminium, der einen Teil des Poles umschließt. Der Läufer besteht aus einem Kurzschlußkäfig mit verschränkten Stäben, aus der Welle und dem Blechpaket.
Der Kurzschlußring ist nun als eine Art eigene Wicklung zu betrachten die um den Winkel b räumlich versetzt zur Hauptwicklung angeordnet ist.
Funktionsweise des Spaltpolmotors
Bild Seite 146 Abb2 Elektrotechnikbuch
Beim Anschluß einer Wechselspannung u1 wird in dem Kurzschlußring eine Spannung u2 induziert, die dem Hauptfeld und damit dem Strom i1 um 90° nacheilt. Es fließt ein Strom i2, der der Spannung u2 wegen des induktiven Blindwiderstandes des Kurzschlußringes nacheilt. Der Spaltpolmotor hat zwei räumlich versetzt angeordnete Spulen, die von Strömen durchflossen werden, zwischen denen einen Phasenverschiebung besteht. Ihre Magnetfelder überlagern sich zu einem elliptischen Drehfeld. Es dreht sich vom Hauptpol in Richtung zum Spaltpol.
Das Anlaufdrehmoment beträgt ca. 50% Nennmoments. Der Läufer hat die gleiche Drehrichtung, da es sich hier um eine Asynchronmaschine handelt. Durch Umschalten der Spannungsanschlüsse kann man die Drehrichtung natürlich nicht umstellen.
Maschinen dieser Art zeigen das typische Betriebsverhalten der Asynchronmaschinen. Aufgrund der Ständerform entstehen große Streufelder.
Die Verluste im Kurzschlußring sind relativ hoch. Diese Maschinen haben daher einen schlechten Wirkungsgrad, einen kleinen Leistungsfaktor cos j und ein niedrigeres Anzugsmoment.
Bild 4.3 Seite 84 im Kleinstmotorenbuch
Das Bild auf der vorgehenden Seite zeigt den Vergleich der asynchronen Drehmomente und der Amplituden der Pendelmomente doppelter Netzfrequenz in Abhängigkeit von der Drehzahl zwischen einem Kondensatormotor und einem Spaltpolmotor etwa gleicher Leistung.
Wechselstrommotor ohne Hilfsphase
Der Wechselstrommotor ohne Hilfsphase hat nur einen Wechselstromwicklung. Wird er an einen Wechselspannung angeschlossen, so entsteht ein Wechselfeld.
Dieses kann in zwei gegensinnig drehende Drehmomente zerlegt werden. Dadurch werden entgegengerichtete Drehmomente auf den Läufer ausgeübt. Man erhält zwei Hochlaufkennlinien. Bei Läuferstillstand heben sich die Drehmomente auf. Sie sind gleich groß und entgegengerichtet.
Wird der Läufer in eine beliebige Drehrichtung angeworfen, dann überwiegt eines der beiden Drehmomente.
Der Läufer dreht sich dadurch weiter.
Bild auf Seite 142 Abb. 2
Wechselstrommotor mit Hilfsphase
Wechselstrommotoren mit Hilfsphase unterscheiden sich von leistungsgleichen Drehstrom-Käfigläufermotoren nur durch die andre Art der Ständerwicklung. Diese besteht bei Wechselstrommotoren mit Hilfsphase aus der Hauptwicklung und der um 90° versetzt angeordneten zweiten Wicklung, der Hilfswicklung. Solche Motoren unterscheidet man nach der Erzeugung der Phasenverschiebung zwischen den beiden Spulenströmen.
Einer davon ist der
Kondensatormotor
Bei diesem Motor wird die Phasenverschiebung zwischen den Spulenströmen dadurch erreicht, daß in Reihe mit der Hilfswicklung ein Kondensator CH geschaltet wird.
Das Betriebsverhalten hängt von seiner Kapazität ab. Je größer diese ist , desto größer ist auch das Anlaufdrehmoment. Aber bei sehr großer Kapazität wird aber der Strom in dieser Wicklung sehr groß, der dann zu einer unzulässigen Erwärmung der Hilfswicklung führt und diese dann zerstören würde. Um jedoch beim Hochlauf trotzdem ein gutes Anzugsdrehmoment zu erhalten., wird währenddessen ein zweiter Kondensator zugeschaltet, der dann im Betrieb anschließend wieder von der Maschine weggeschalten wird.
Da diese Schaltungsart einen Serienschwingkreis darstellt, ist darauf zu achten, daß der Kondensator einen wesentlich höher Spannung verträgt als die angelegte Wechselspannung liefert.
Bild auf Seite 144 Abb. 1 Elektrotechnikbuch
Bild im Kleinstmotorenbuch auf Seite 58 2.27 2.28
Motor mit Phasenschieberwiderstand
Zusätzlich zum Hauptstrang Ha ist, um räumlich 90° versetzt, ein Hilfsstrang Hi angeordnet, der entsprechend seinem hohen Wert R hohe Verluste aufweist, so daß er nach dem Hochlauf über Relais etc. abgeschaltet werden muß. Die Maschine läuft einsträngig weiter.
Der entsprechende Drehmoment-Drehzahlverlauf ist im Bild darunter dargestellt. Wie das Zeigerbild der Spannung und der Strangströme laut dem Bild zeigt, ist der Winkel b zwischen den felderregenden Strömen stets kleiner als 90°, so daß nur ein elliptisches Drehfeld entstehen kann. Das Anzugsdrehmoment beträgt bei technisch ausgeführten Maschinen 1 bis 1,5 Mn Das Pendelmomentverhalten entspricht dem des Anwurfsmotor
Bild auf Seite 56 Abb. 2.24
Seite 57 2.25 Kleinstmotorenbuch
Seite 57 Abb.
2.26
Motor mit Drosselspule
Einen Phasenverschiebung zwischen dem Strom in der Haupt – und in der Hilfswicklung kann man auch dadurch erreichen, daß in Reihe mit der Hilfswicklung eine Drosselwicklung geschaltet wird.
Die Drosselspule wird während des Betriebes abgeschaltet, damit der Leistungsfaktor
cos j höher Werte annimmt. Das Anlaufverhalten ist nicht so günstig wie bei den vorher behandelten Maschinen.
Bürstenlos Gleichstrommotoren
Der konventionelle Gleichstommotor ist durch sein mechanische Kommutierungseinrichtung, die aus umlaufenden Kommutator und feststehenden Bürsten besteht, gekennzeichnet. Diese Kommutierungseinrichtung bringt folgenden Nachteil mit sich.
¾ begrenzte Lebensdauer (um 10³ h)
¾ Kontaktunsicherheit (besonders im Bereich kleiner Spannungen)
¾ elektrische Störungen und
¾ zusätzliche Geräusche
Bürstenlose Gleichstrommotoren vereinen in sich die positiven Eigenschaften von Gleichstrommotoren und Drehfeldmotoren..
Im Grunde handelt es sich bei solchen Motoren um Motoren mit einem Permanentmagnet, die außenanliegenden Gleichspannung wird wechselgerichtet. Heutzutage geschieht das über elektronische Schaltungen, z. B. Wechselrichter etc.
Die Feststellung der Lage des Rotors kann mit Hallsensoren realisiert werden. Diese Information werden dann zur Schaltung gebracht, wo dann die entsprechenden Ansteuerungen der Transistoren und Endstufen erfolgt. Die Auswahl der elektronischen Schaltungen ist sehr groß. Aber es herrscht immer das Prinzip der Wechselrichtung der Gleichspannung. Da es jedoch ein sehr umfassendes Kapitel darstellt, wird es hier nicht mehr weiter behandelt.
Anhang
Informationen zu diesem Thema wurden aus folgenden Büchern entnommen:
Internet Quelle National Laboratoris
Albuquerque USA
Elektrische Maschinen Autor Hronicek / Peck / Reif
Elektrische Maschinen und Umformer Autor F.
Moeller / P. Vaske
Elektrische Kleinstmotoren und ihr Einsatz Autor H. Moczala u. a.
Elektrotechnik Fachstufe Energietechnik Herausgeber W. Müller
Tabellenbuch Elektronik Herausgeber Dipl, -Ing.
K. Beuth
Dipl.-Ing. E. Huber
Zum Abschluß noch einen kleine Information zur Technik über Entwicklung und Herstellung über den wahrscheinlich kleinsten Motor der Welt.
Der Kleinste Motor der Welt
Man stelle sich vor.
Riesige Zahnräder greifen ineinander, sie werden von einer immens großen Kurbelwelle angetrieben. Das Antriebsaggregat bringt es so auf immerhin 2000000 U/min.
Aber so groß ist das gar nicht. Dieser Motor hat nicht einmal die Größe eines Reiskorns, das Getriebe ist so groß wie ein Blütenpollen.
Hergestellt wurde dieser Motor in den “National Laboratories” in Albuquerque, im US-Bundesstaat New Mexico. Diese kleinen Maschinen werden in einem Durchgang hergestellt, es würde sich nicht lohnen, die Einzelteile getrennt zu produzieren.
Man könnte sie zusammensetzen.
Die Herstellung erfolgt in einem Produktionsverfahren. Wie ein Dia wird der Grundriß des Motors auf einem lichtempfindlichen Film übertragen. Die Projektion erfolgt mit einer Maske. Unter dem lichtempfindlichen Film liegt eine Schicht aus Siliziumoxid, die sich nach dem Belichten teilweise mit Säure wegätzen läßt. Es bleiben nur winzige Verbindungen, Zahnräder und Stege zurück.
Der Motor wird in einem ähnlichen Verfahren hergestellt, wie auch Computerchips hergestellt werden. Ihr besonderer Vorteil ist, daß man den Arbeitsgang nur einmal durchzuführen braucht, und schon hat man mehrere hundert der Mini-Kleinstmotoren fertig. Angetrieben wird der Motor durch zwei Siliziumkämmen, zwischen denen ein Antriebskolben pendelt. Je nach der Aufladung der Kämme wird er durch elektrische Abstoßung in die eine oder in die andere Richtung bewegt. Dieser Kammantrieb sorgt für ein Vierteldrehung. Ein weiterer Kammantrieb, der im rechten Winkel zu dem ersten angebracht ist, sorgt für die nächste Vierteldrehung.
Durch geschickte Steuerung beider Antriebe läßt sich das Zahnrad dann so steuern, daß es kontinuierlich rotiert. (Reluktanzprinzip, Synchroner Kleinstantrieb).
Aber warum der ganze Aufwand?
Diese Motoren sind dazu auserkoren, in der Medizin als Insulinpumpen und als Kalkablagerungsabhobler eingesetzt zu werden. Man kann sich vorstellen, daß sie in Zukunft dort eingesetzt werden.
Es wurde auch schon darüber nachgedacht sie als winzige Kreiselkompasse in militärischen Bereich Verwendung einzusetzen. Dank ihrer geringen Größe können sie nämlich sehr hohe Beschleunigungen aushalten.
Mehr als ihre größeren Kollegen.
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