- Was ist ein rahmenloser Motor?
- Innenläufer- vs. Außenläufermotoren ohne Rahmen: Worin bestehen die strukturellen Unterschiede?
- Leistungsvergleich zwischen rahmenlosen Innenläufer- und Außenläufermotoren
- Für welche Anwendungen eignen sich rahmenlose Innenläufer- und Außenläufermotoren?
- CubeMars RI- und RO-Serie: Die beiden Typen rahmenloser Motoren verstehen
- Welche Parameter sollten bei der Auswahl eines rahmenlosen Motors geprüft werden?
- Fazit
Was ist der Unterschied zwischen Innenläufer- und Außenläufer-Motoren ohne Gehäuse? Aufbau, Leistung und Anwendungen
Bei der Entwicklung von Antriebssystemen für Geräte wie Roboter, kollaborative Roboterarme, humanoide Roboter und Exoskelette gewinnen rahmenlose Motoren bei Ingenieuren zunehmend an Aufmerksamkeit, da sie eine kompakte Bauweise und eine flexible Integration ermöglichen.
Bei der Auswahl eines rahmenlosen Motors müssen Ingenieure neben der Motorgröße, dem Drehmoment und der Drehzahl auch eine wichtige Frage berücksichtigen:Worin besteht der Unterschied zwischen einem rahmenlosen Innenläufermotor und einem rahmenlosen Außenläufermotor? Welcher eignet sich besser für ein bestimmtes Robotikprojekt?
Der wesentliche Unterschied zwischen beiden liegt in der relativen Position von Rotor und Stator. Bei einer Innenläuferstruktur befindet sich der Rotor innerhalb des Stators, während sich bei einer Außenläuferstruktur der Rotor außerhalb des Stators befindet. Dieser strukturelle Unterschied beeinflusst auch das Drehmoment des Motors, das Massenträgheitsmoment, die räumliche Anordnung und die Systemintegration.
Was ist ein rahmenloser Motor?
Ein rahmenloser Motor wird in der Regel hauptsächlich als Statorbaugruppe und Rotorbaugruppe geliefert. Im Gegensatz zu herkömmlichen Motoren mit einem vollständigen Gehäuse, einer Abtriebswelle und einer unabhängigen Tragstruktur kann ein rahmenloser Motor direkt in die mechanische Struktur des jeweiligen Geräts integriert werden.
Diese Bauweise ermöglicht es Ingenieuren, die Motorhalterung, die Rotorkupplungen, die Lagerabstützungen und die Wärmeableitungsstruktur entsprechend der räumlichen Anordnung, den Lastanforderungen und der Getriebestruktur des Geräts zu konstruieren.
Zu den wichtigsten Vorteilen rahmenloser Motoren gehören:
Flexible mechanische Integration: Der Motor kann direkt in ein Robotergelenk oder eine andere Gerätestruktur eingebaut werden, wodurch unnötige mechanische Verpackungskomponenten reduziert werden.
Kompaktes Systemdesign: Die Integration des Motors in die mechanische Struktur kann dazu beitragen, die Gesamtgröße der Antriebseinheit zu reduzieren.
Individuell anpassbare Getriebestrukturen: Getriebe, Encoder, Lager und andere mechanische Komponenten können entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Anwendung kombiniert werden.
Geeignet für die präzise Bewegungssteuerung: In Kombination mit geeigneten Antrieben, Sensoren und Regelalgorithmen können rahmenlose Motoren in Systemen eingesetzt werden, die gleichmäßige und präzise Bewegungen erfordern.
Es ist wichtig zu beachten, dass ein rahmenloser Motor keine externe mechanische Abstützung überflüssig macht. In praktischen Anwendungen müssen Ingenieure weiterhin zuverlässige Lösungen für die Rotorsicherung, die Statorbefestigung, die Lagerabstützung, die Isolierung und die Wärmeableitung entwickeln.
Innenläufer- vs. Außenläufermotoren ohne Rahmen: Worin bestehen die strukturellen Unterschiede?
Innenläufer- und Außenläufermotoren ohne Rahmen nutzen ähnliche elektromagnetische Funktionsprinzipien, ordnen Rotor und Stator jedoch unterschiedlich an.
1. Rahmenloser Innenläufermotor: Der Rotor befindet sich innerhalb des Stators
Bei einem rahmenlosen Innenläufermotor befindet sich der Rotor innerhalb des Stators. Die Statorwicklungen sind an einer äußeren Tragstruktur befestigt, während sich der Rotor im Inneren des Stators dreht.
Diese Struktur weist typischerweise einen kleineren Rotorradius auf. Bei ansonsten ähnlichen Bedingungen trägt ein kleinerer Rotorradius dazu bei, das Massenträgheitsmoment zu reduzieren. Dadurch eignet sich diese Bauweise für Anwendungen mit hohen Anforderungen an das dynamische Ansprechverhalten, die Beschleunigung und Verzögerung sowie die Bewegungssteuerung.
Innenläufermotoren ermöglichen außerdem verschiedene äußere Befestigungsstrukturen und eignen sich für Antriebssysteme, die eine präzise Steuerung, eine kompakte Bauweise oder relativ hohe Drehzahlen erfordern.
2. Rahmenloser Außenläufermotor: Der Rotor befindet sich außerhalb des Stators
Bei einem rahmenlosen Außenläufermotor befindet sich der Rotor außerhalb des Stators und dreht sich typischerweise in einer ringförmigen oder becherförmigen Struktur um diesen herum.
Da sich der elektromagnetische Wirkungsbereich auf einem größeren effektiven Radius befinden kann, bietet eine Außenläuferstruktur typischerweise einen längeren Hebelarm. Bei vergleichbarem Motorvolumen und ähnlichen Konstruktionsbedingungen kann diese Anordnung dazu beitragen, ein höheres Abtriebsdrehmoment zu erreichen, insbesondere bei Anwendungen, die ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen erfordern.
Eine Außenläuferstruktur kann auch bei Gelenkkonstruktionen eingesetzt werden, bei denen der Motor das Gelenkgehäuse umschließt. Dadurch lässt sich der Motor kompakt in das Gelenkgehäuse und die Abtriebsstruktur integrieren. Bei der mechanischen Konstruktion müssen jedoch auch die Größe und das Trägheitsmoment der rotierenden äußeren Komponenten sowie geeignete Schutzmaßnahmen sorgfältig berücksichtigt werden.
3. Die wichtigsten Unterschiede zwischen den beiden Strukturen
| Vergleichskriterium | Rahmenlose Innenläufermotoren | Rahmenlose Außenläufermotoren |
| Position des Rotors | Innerhalb des Stators | Außerhalb des Stators |
| Rotierende Struktur | Der Innenrotor dreht sich | Der Außenrotor dreht sich um den Stator |
| Drehmomenteigenschaften | Abhängig von der elektromagnetischen Auslegung, den Abmessungen und den Strombedingungen | Ein größerer effektiver Radius trägt im Allgemeinen zur Erhöhung des Drehmoments bei |
| Massenträgheitsmoment | Ein geringeres Rotorträgheitsmoment lässt sich im Allgemeinen leichter erreichen | Ein größerer Rotationsradius kann zu einem höheren Rotorträgheitsmoment führen |
| Dynamisches Ansprechverhalten | Geeignet für Konstruktionen, die eine schnelle Beschleunigung, Verzögerung und Reaktion erfordern | Rotorträgheit und angestrebte Bewegungsleistung müssen gemeinsam bewertet werden |
| Räumliche Anordnung | Geeignet für Anordnungen mit Innenrotor und äußerer Statorabstützung | Geeignet für umschließende Anordnungen und äußere rotierende Strukturen |
| Typische Konstruktionsaspekte | Rotorabstützung, Konzentrizität, Wärmeableitung und Hochgeschwindigkeitsbetrieb | Freiraum für äußere rotierende Komponenten, Rotorsicherung, Trägheit und Schutz |
| Mögliche Anwendungen | Präzisionsgelenke, leichte Antriebe, kollaborative Roboterarme usw. | Gelenke mit hohem Drehmoment, kompakte Drehantriebe usw. |
Dabei handelt es sich um typische strukturelle Tendenzen, und nicht jedes Modell weist genau dieselben Leistungseigenschaften auf. Die tatsächliche Leistung hängt weiterhin von der elektromagnetischen Auslegung, den Wicklungen, den Abmessungen, den Materialien, dem Betriebsstrom und den Bedingungen der Wärmeableitung ab.
Leistungsvergleich zwischen rahmenlosen Innenläufer- und Außenläufermotoren
Bei der Motorauswahl lässt sich nicht allein anhand der Position des Rotors innerhalb oder außerhalb des Stators bestimmen, welcher Motortyp leistungsfähiger ist. Bei Robotikanwendungen ist es wichtiger zu analysieren, wie sich die strukturellen Unterschiede auf die tatsächlichen Betriebsanforderungen auswirken.
1. Drehmoment: Außenläuferstrukturen bieten in der Regel einen Vorteil durch den größeren Radius
Das Motordrehmoment hängt von der aufgebrachten Kraft und ihrem Hebelarm ab. Bei einem Motor trägt eine Vergrößerung des effektiven elektromagnetischen Radius unter ansonsten ähnlichen Bedingungen im Allgemeinen dazu bei, das Abtriebsdrehmoment zu erhöhen.
Der Rotor eines rahmenlosen Außenläufermotors befindet sich außerhalb des Stators und kann typischerweise einen größeren effektiven Radius nutzen. Daher bietet diese Bauweise einen strukturellen Vorteil, wenn in einem kompakten Bauraum ein vergleichsweise hohes Abtriebsdrehmoment erreicht werden soll.
Bei Systemen, die Lasten tragen, Robotergelenke antreiben oder sich mit niedrigen Drehzahlen drehen, lohnt es sich, eine Außenläuferstruktur genauer zu prüfen.
Dies bedeutet jedoch nicht, dass Außenläufermotoren immer ein höheres Drehmoment liefern. Bei der tatsächlichen Auswahl sollten das Dauerdrehmoment, das Spitzendrehmoment, die Drehmomentkonstante, der zulässige Strom und die thermischen Grenzwerte miteinander verglichen werden, anstatt sich ausschließlich auf den Strukturtyp zu verlassen.
2. Dynamisches Ansprechverhalten: Rotorträgheit und Lastträgheit berücksichtigen
Bei der Bewegungssteuerung von Robotern müssen Motoren häufig beschleunigen, abbremsen und die Drehrichtung ändern. Das Massenträgheitsmoment ist daher ein wichtiger Konstruktionsparameter.
Die rotierenden Komponenten eines rahmenlosen Innenläufermotors befinden sich typischerweise innerhalb eines kleineren Radius, was dazu beiträgt, das Rotorträgheitsmoment zu reduzieren. Dies ist besonders wichtig für Anwendungen, die eine schnelle Reaktion, häufige Start-Stopp-Vorgänge und eine präzise Bewegungssteuerung erfordern.
Bei einer Außenläuferstruktur ist die rotierende Masse über einen größeren Radius verteilt, was zu einem höheren Rotorträgheitsmoment führen kann. Bei Gelenken, die ein hohes dynamisches Ansprechverhalten erfordern, sollten Ingenieure überprüfen, ob dieses Trägheitsmoment den Systemanforderungen entspricht.
Das tatsächliche Ansprechverhalten hängt jedoch auch eng mit der Lastträgheit, dem Getriebe, der Bandbreite des Reglers, der Leistungsfähigkeit des Stromregelkreises und den Regelalgorithmen zusammen. Die Reaktionsgeschwindigkeit eines vollständigen Antriebssystems lässt sich nicht allein anhand der Innenläufer- oder Außenläuferstruktur bestimmen.
3. Drehzahl und Drehmoment: Gemeinsam anhand der Motorkennlinien bewerten
Bei gleicher Spannung und ansonsten ähnlichen Bedingungen hängt die Drehzahlfähigkeit eines Motors von Faktoren wie seiner Gegen-EMK-Konstante, der Wicklungsauslegung und der Leistungsfähigkeit der Stromversorgung des Reglers ab.
Innenläufermotoren werden häufig in Systemen eingesetzt, die relativ hohe Drehzahlen oder ein schnelles dynamisches Ansprechverhalten erfordern. Außenläufermotoren kommen häufig dort zum Einsatz, wo ein größerer effektiver Radius und ein höheres Abtriebsdrehmoment erwünscht sind. Dabei handelt es sich um typische Konstruktionsmerkmale, nicht um absolute Regeln.
Bei der Motorauswahl sollten die folgenden Parameter gemeinsam betrachtet werden:
Leerlaufdrehzahl und Nenndrehzahl im Betrieb
Dauerdrehmoment und Spitzendrehmoment
Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie
Gegen-EMK-Konstante und Drehmomentkonstante
Antriebsspannung, Strom und Drehzahlregelbereich
Wenn eine Anwendung gleichzeitig eine hohe Drehzahl und ein hohes Drehmoment erfordert, sollte die tatsächliche Leistungsfähigkeit des Motors am angestrebten Betriebspunkt im Mittelpunkt stehen, anstatt die maximale Drehzahl und das Spitzendrehmoment getrennt voneinander zu vergleichen.
4. Wärmeableitung und Wärmemanagement: Abhängig von der gesamten mechanischen Konstruktion
Rahmenlose Motoren sind in der Regel darauf angewiesen, dass ihre Befestigungsstruktur die Wärme vom Stator ableitet. Die Kontaktfläche zwischen Stator und Gehäuse, die Wärmeleitfähigkeit des Materials, die Montagetoleranzen, die Umgebungstemperatur und die Kühlmethode beeinflussen die kontinuierliche Leistungsfähigkeit des Motors.
Allein die Innenläufer- oder Außenläuferstruktur bestimmt nicht, welche Konstruktion die Wärme besser ableitet. Bei der praktischen Auslegung sollte darauf geachtet werden, wie der Stator befestigt ist, wie der Wärmeleitpfad verläuft und welcher Temperaturanstieg während des Dauerbetriebs auftritt.
Bei Anwendungen mit begrenztem Bauraum, beispielsweise in Robotergelenken, muss selbst dann, wenn ein Motor kurzfristig ein hohes Spitzendrehmoment liefern kann, überprüft werden, ob er über den tatsächlichen Betriebszyklus hinweg kontinuierlich arbeiten kann.
Für welche Anwendungen eignen sich rahmenlose Innenläufer- und Außenläufermotoren?
1. Humanoide Roboter
Die Hüft-, Knie-, Schulter- und Ellbogengelenke humanoider Roboter stellen unterschiedliche Anforderungen an das Drehmoment, das Gewicht, den Bauraum und das dynamische Ansprechverhalten des Antriebssystems.
Für leichte Gelenke, die eine schnelle Reaktion erfordern, kann eine Innenläuferkonstruktion in Betracht gezogen werden. Für Gelenke, die ein höheres Abtriebsdrehmoment benötigen und sich für eine umschließende mechanische Anordnung eignen, lohnt es sich auch, eine Außenläuferkonstruktion zu prüfen.
Bei der Auswahl sollten die maximale Gelenklast, der kontinuierliche Betriebszyklus, die Getriebekonfiguration und das Gesamtgewicht des Roboters berücksichtigt werden. Die Motorstruktur sollte nicht allein anhand des Robotertyps ausgewählt werden.
2. Kollaborative Roboterarme
Kollaborative Roboterarme müssen in der Regel eine kompakte Bauweise, gleichmäßige Bewegungen und eine hohe Steuerungsgenauigkeit miteinander in Einklang bringen. Rahmenlose Motoren können direkt in Gelenkstrukturen integriert werden, wodurch der Platzbedarf eines separaten Motorgehäuses verringert wird und mechanische Konstrukteure mehr Gestaltungsfreiheit erhalten.
Bei diesen Anwendungen sollten neben dem Vergleich von Innenläufer- und Außenläuferstrukturen auch die folgenden Aspekte berücksichtigt werden:
Gleichmäßigkeit bei niedrigen Drehzahlen;
Rastmoment;
Lastträgheit und Bewegungsreaktion;
Wärmeableitung des Stators und kontinuierliche Betriebsfähigkeit;
Encoderkonfiguration und Leistungsfähigkeit des Steuerungssystems.
3. Exoskelette und tragbare Roboter
Exoskelette müssen innerhalb begrenzter Platz- und Gewichtsbudgets ein geeignetes Unterstützungsmoment bereitstellen und gleichzeitig die Bewegungen des Trägers möglichst wenig beeinträchtigen.
Rahmenlose Innenläufermotoren kommen als Kandidaten für leichte Antriebssysteme mit einem hohen dynamischen Ansprechverhalten infrage. Bei praktischen Anwendungen müssen außerdem der Einbauraum des Gelenks, der Bewegungsumfang des Menschen, der Wirkungsgrad des Getriebes, die Geräuschentwicklung und der thermische Komfort bei längerer Nutzung berücksichtigt werden.
4. Präzisions-Drehplattformen und Automatisierungsanlagen
Bei Präzisions-Drehplattformen, Inspektionsgeräten und Mechanismen der industriellen Automatisierung beeinflusst die Motorstruktur die Befestigungsmethoden, das Massenträgheitsmoment und die Anordnung des Antriebssystems.
Wenn eine Anwendung einen Direktantrieb oder ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen erfordert, kann eine Außenläuferkonstruktion geprüft werden. Wenn das System hingegen größeren Wert auf das Trägheitsmoment der rotierenden Komponenten und die dynamische Regelung legt, kommt auch eine Innenläuferkonstruktion infrage. Die endgültige Entscheidung sollte auf der tatsächlichen Last, der erforderlichen Präzision und dem Bewegungsprofil basieren.
CubeMars RI- und RO-Serie: Die beiden Typen rahmenloser Motoren verstehen
CubeMars bietet die RI-Serie rahmenloser Innenläufer-Drehmomentmotoren und die RO-Serie rahmenloser Außenläufer-Drehmomentmotoren an. Damit stehen Optionen für unterschiedliche mechanische Strukturen und Antriebsanforderungen in der Robotik zur Verfügung.
1. RI-Serie: Rahmenlose Innenläufer-Drehmomentmotoren
CubeMars RI-Serie verwendet eine Innenläuferstruktur und umfasst Modelle wie RI20, RI30, RI50, RI60, RI70, RI80 V2.0 und RI100. Die Serie legt den Schwerpunkt auf eine hohe Drehmomentdichte, ein niedriges Rastmoment und eine kompakte Bauweise; bei einigen Modellen sind Hall-Sensoren optional erhältlich.
Die RI-Serie eignet sich dazu, Bauraum, Bewegungsreaktion und mechanische Integration miteinander in Einklang zu bringen. Entsprechend den tatsächlichen Anforderungen an Drehmoment und Abmessungen können geeignete Modelle für leichte Robotergelenke, kollaborative Roboterarme, Exoskelette und andere Präzisionsantriebssysteme ausgewählt werden.
Bei der Modellauswahl sollte insbesondere auf Folgendes geachtet werden:
Ob der Außendurchmesser des Stators und die axiale Länge den Anforderungen an den Einbauraum entsprechen;
Ob das Dauer- und Spitzendrehmoment den Lastanforderungen entsprechen;
Ob das Rotorträgheitsmoment für das angestrebte dynamische Ansprechverhalten geeignet ist;
Ob die Wicklungsparameter zum Antrieb passen;
Ob die Statorbefestigungsstruktur eine ausreichende Wärmeableitung gewährleistet.
2. RO-Serie: Rahmenlose Außenläufer-Drehmomentmotoren
Die CubeMars RO-Serie verwendet eine Außenläuferstruktur und umfasst Modelle wie RO40 Lite, RO50 Lite, RO60, RO80 und RO100. Die Serie ist für Anwendungen in der Robotik und andere Antriebsanwendungen vorgesehen, die eine flexible Integration erfordern. Drehmoment, Abmessungen, Gewicht und Drehzahlverhalten sollten für jedes einzelne Modell bewertet werden.
Die Außenläuferstruktur bietet eine weitere Option für Drehantriebskonstruktionen, die einen größeren effektiven Radius erfordern. Die RO-Serie ist besonders bei Gelenken oder Antriebseinheiten einen Vergleich wert, die ein hohes Drehmoment benötigen und deren räumliche Anordnung eine Drehung des Außenrotors ermöglicht.
Bei der Modellauswahl sollte insbesondere auf Folgendes geachtet werden:
Ob die rotierenden äußeren Komponenten mit den umgebenden Strukturen kollidieren;
Ob der Außendurchmesser des Motors, die axiale Länge und die Befestigungsschnittstellen den Anforderungen entsprechen;
Ob das Dauer- und Spitzendrehmoment den Lastanforderungen entsprechen;
Ob das Rotorträgheitsmoment den Anforderungen des Systems an das dynamische Ansprechverhalten entspricht;
Ob die Lösungen für Rotorsicherung, mechanischen Schutz und Wärmeableitung geeignet sind.
3. Wie sollte man zwischen der RI- und der RO-Serie wählen?
Die beiden Serien sollten nicht einfach danach beurteilt werden, welche leistungsfähiger ist. Die Auswahl sollte sich nach der mechanischen Struktur und den Betriebsbedingungen des jeweiligen Robotergelenks richten.
Wenn bei einem Projekt ein geringeres Rotorträgheitsmoment, ein dynamisches Ansprechverhalten und eine Innenrotorstruktur im Vordergrund stehen, sollte zunächst die RI-Serie in Betracht gezogen werden.
Wenn bei einem Projekt das Drehmoment durch einen größeren effektiven Radius im Vordergrund steht und die mechanische Struktur für eine Außenläuferanordnung geeignet ist, sollte zunächst die RO-Serie in Betracht gezogen werden.
Wenn ein Projekt gleichzeitig ein hohes Drehmoment, eine schnelle Reaktion und kompakte Abmessungen erfordert, sollten das Dauerdrehmoment, das Massenträgheitsmoment, die Gesamtabmessungen, der Drehzahlbereich und die Daten zum Temperaturanstieg bestimmter Modelle miteinander verglichen werden.
Die endgültige Auswahl sollte auf den offiziellen technischen Daten und den tatsächlichen Testergebnissen des jeweiligen Modells basieren.
Welche Parameter sollten bei der Auswahl eines rahmenlosen Motors geprüft werden?
Unabhängig davon, ob ein rahmenloser Innenläufer- oder Außenläufermotor ausgewählt wird, empfiehlt es sich, die folgenden Parameter bereits in einer frühen Phase des Konstruktionsprozesses festzulegen.
1. Dauerdrehmoment und Spitzendrehmoment
Das Dauerdrehmoment bestimmt die Fähigkeit des Motors, unter festgelegten thermischen Bedingungen langfristig zu arbeiten, während das Spitzendrehmoment in der Regel die zeitlich begrenzte Drehmomentabgabe bezeichnet. Beide Werte sollten anhand des Lastprofils und des Betriebszyklus berechnet werden.
2. Drehzahl und Betriebspunkt
Vergewissern Sie sich, dass der Motor bei der angestrebten Drehzahl das erforderliche Drehmoment liefern kann, und prüfen Sie die Grenzen hinsichtlich Antriebsspannung, Strom und Gegen-EMK. Die Leerlaufdrehzahl darf nicht mit der Drehzahl unter Last gleichgesetzt werden.
3. Massenträgheitsmoment und dynamisches Ansprechverhalten
Bei Systemen mit häufigen Start-Stopp-Vorgängen, schnellen Richtungswechseln oder einer Regelung mit hoher Bandbreite müssen sowohl das Rotorträgheitsmoment des Motors als auch das Trägheitsmoment der Last in die Berechnungen einbezogen werden.
4. Einbauraum und mechanische Schnittstellen
Berücksichtigen Sie neben dem Außendurchmesser und der axialen Länge des Motors auch den erforderlichen Platz für die Rotordrehung, die Statorbefestigung, Lager, Kabel und Wartungsarbeiten. Bei einer Außenläuferkonstruktion muss insbesondere sichergestellt werden, dass die rotierenden äußeren Komponenten nicht mit den umgebenden Strukturen kollidieren.
5. Wärmeableitung und kontinuierliche Betriebsfähigkeit
Prüfen Sie die Wärmeleitfähigkeit der Statorbefestigungsfläche, die Umgebungstemperatur, die Kühlmethode und den zulässigen Temperaturanstieg, um sicherzustellen, dass der Motor den Anforderungen des tatsächlichen Betriebszyklus entspricht.
6. Antrieb und Positionsrückmeldung
Stellen Sie sicher, dass die elektrischen Parameter des Motors mit dem Antrieb kompatibel sind, und wählen Sie entsprechend den Steuerungsanforderungen einen geeigneten Encoder oder eine andere Lösung zur Positionsrückmeldung aus. Bei hochpräzisen Robotergelenken sollten außerdem die Gesamtleistung des Reglers, des Stromregelkreises und des Positionsregelkreises überprüft werden.
Fazit
Rahmenlose Innenläufer- und Außenläufermotoren weisen jeweils eigene Eigenschaften auf. Welche Struktur gewählt werden sollte, hängt von den konkreten Anforderungen des Robotersystems ab und nicht von einer pauschalen Beurteilung, welcher Typ leistungsfähiger ist.
Rahmenlose Innenläufermotoren haben ihren Rotor innerhalb des Stators und ermöglichen es bei bestimmten Konstruktionen, die Rotorgröße und das Massenträgheitsmoment zu begrenzen. Sie eignen sich für Anwendungen, bei denen das dynamische Ansprechverhalten, die Bewegungssteuerung und eine kompakte strukturelle Anordnung wichtig sind.Rahmenlose Außenläufermotoren haben ihren Rotor außerhalb des Stators und können einen größeren effektiven Radius nutzen. Dadurch besteht bei ansonsten ähnlichen Konstruktionsbedingungen das Potenzial, ein höheres Drehmoment zu erzeugen. Das tatsächliche Drehmoment hängt jedoch weiterhin von der elektromagnetischen Auslegung, den Abmessungen, den Wicklungsparametern, dem Betriebsstrom und der Wärmeableitung ab. Die Leistung lässt sich daher nicht allein anhand der Rotorstruktur beurteilen.
Bei Anwendungen wie humanoiden Robotern, kollaborativen Robotern, Exoskeletten und Präzisionsautomatisierungsanlagen liegt der Vorteil rahmenloser Motoren darin, dass sie in die eigene mechanische Struktur des Geräts integriert werden können. Dadurch bieten sie flexiblere Integrationsmöglichkeiten für Gelenke, rotierende Komponenten und kompakte Antriebssysteme. Bei der tatsächlichen Auswahl müssen jedoch neben den strukturellen Unterschieden zwischen Innenläufer- und Außenläufermotoren auch dasDauer- und Spitzendrehmoment, die angestrebte Drehzahl, das Massenträgheitsmoment, der Einbauraum, das Wärmemanagement, die Kompatibilität mit dem Antrieb und die Anforderungen an die Positionsrückmeldung bewertet werden. Die kontinuierliche Leistungsfähigkeit des Motors und die Auslegung der Wärmeableitung sind ebenfalls entscheidend, insbesondere bei hohen Lasten oder längerem Betrieb.
Bei der Auswahl rahmenloser CubeMars-Motoren können die RI-Serie mit Innenläuferstruktur und die RO-Serie mit Außenläuferstruktur als Referenz für unterschiedliche Konstruktionsansätze dienen. Es wird empfohlen, die technischen Daten konkreter Modelle entsprechend der mechanischen Anordnung des Geräts, den Anforderungen an das Bewegungsansprechverhalten und dem angestrebten Betriebspunkt zu vergleichen und die Auswahl anschließend anhand der tatsächlichen Last- und Einbaubedingungen zu überprüfen, anstatt sich ausschließlich am Seriennamen oder an einem einzelnen Leistungskennwert zu orientieren.
Insgesamt sollte ein geeigneter rahmenloser Motor ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Drehmoment, Bewegungsansprechverhalten, struktureller Integration und Wärmemanagement bieten. Durch eine klare Definition der Anwendungsanforderungen und die gemeinsame Bewertung der vollständigen Motordaten, der Antriebs- und Regelungslösung sowie der Systemkonstruktion lässt sich eine besser geeignete Antriebslösung für Robotergelenke und andere Präzisionsbewegungssysteme finden.