Servomotoren werden in zahlreichen Märkten für den Antrieb von Maschinen, Geräten, Robotern und anderen Anwendungen der industriellen Automatisierung eingesetzt. In diesem Blog geht es um die fünf Hauptelemente eines herkömmlichen bürstenlosen DC-Servomotors: Rotor, Stator, Lager, Rückführung und Gehäuse.
Der Rotor
Das bewegliche Element des Servomotors, der Rotor, besteht aus einer Welle mit Magnetsegmenten, die entweder an der Welle befestigt oder in einem auf der Welle angebrachten Lamellenpaket eingebettet sind. Die Magnete sind in Polpaaren angeordnet und wechselnd nach Norden und Süden ausgerichtet. Die Rotation entsteht, wenn der von den Magneten erzeugte Magnetfluss mit den vom Stator erzeugten elektromagnetischen Feldern reagiert.
Der Stator
Der Stator, das feststehende Element des Servomotors, besteht aus einem genuteten Lamellenpaket, das mit Kupferdraht gefüllt ist, der nach einem bestimmten Muster gewickelt ist. Dieses Muster passt zu der Magnetanordnung auf dem Rotor. Diese Wicklungen bestimmen die elektrischen Eigenschaften des Motors und enthalten ein Isolationssystem, das die Drähte vor Kurzschlüssen untereinander oder mit den Statorlamellen schützt. Das Isolationssystem bestimmt auch die maximal zulässige Wicklungstemperatur, da sich die Kupferdrähte bei Stromzufuhr erhitzen.
Die Lager
Der Rotor passt in den Stator, der einen sehr kleinen Luftspalt zwischen dem Außendurchmesser der Rotormagnete und dem Innendurchmesser der Motorlamellen aufweist. Der Rotor dreht sich frei und wird durch ein Kugellagersystem im Stator zentriert. Die Lager an beiden Enden der Motorwelle sind für die zu erwartenden Radial- und Axiallasten sowie die Rotorwärme ausgelegt.
Die Rückführung
Eine wichtige Voraussetzung für ein Servosystem ist das Rückführsystem. Die Motorrückführung ist in der Regel ein Encoder oder Resolver, der am hinteren Ende des Motors (gegenüber dem Ende der Abtriebswelle) montiert ist. Das Rückmeldegerät interagiert mit dem Servoantrieb und liefert Daten, die die Position und Geschwindigkeit angeben.
Das Gehäuse
Das Motorgehäuse vereinigt den Rotor, den Stator, das Lagersystem und die Rückführungskomponenten in einem Design, das leicht in einer Maschine integriert werden kann. Die vorderen und hinteren Endkappen sind so konstruiert, dass das Gehäuse direkt am Stator befestigt ist. Die Gehäuse können aus unterschiedlichen Materialien wie Aluminium, Gusseisen oder Edelstahl hergestellt werden und enthalten Ausgänge für Motorstrom- und Rückführungsdrähte oder Stecker. Edelstahlgehäuse werden in Anwendungen eingesetzt, die strenge Hygienebedingungen und Anforderungen an Hochdruckreinigung erfordern. Die Dichtungen, die ebenfalls Teil des Gehäusesystems sind, bieten verschiedene Schutzstufen gegen das Eindringen von Wasser.
Schlussfolgerung
Motorkonstrukteure müssen die fünf erwähnten Schlüsselelemente berücksichtigen, um einen effizienten, kompakten und zuverlässigen Servomotor zu entwickeln. Jedes Element muss die Gesamtleistung des Motors in einem optimierten Design unterstützen, das eine leistungsstarke Servomotorlösung liefert.
