Kraft mit Richtung: Linearmotoren von FAULHABER

Der herkömmliche Elektromotor erzeugt seine Kraft aus einer Drehbewegung; Rotor und Stator sind bei ihm rund beziehungsweise kreisförmig angeordnet. Im Gegensatz dazu besitzt der Linearmotor als mobile Komponente statt des Rotors einen Läufer. Läufer und Stator sind bei ihm quasi „aufgeklappt“ und in gerader Form übereinander platziert. So entsteht im Linearmotor das Drehmoment in gerader Richtung, der Läufer bewegt sich entlang einer Achse hin und her.

Wie sind Linearmotoren von FAULHABER aufgebaut?

In Linearmotoren kann die Wicklung grundsätzlich sowohl den Stator als auch den Läufer bilden. Die Permanentmagnete fungieren jeweils als das entsprechende Gegenstück. Bei FAULHABER sind die Neodym-Permanentmagnete jedoch immer im Läufer untergebracht, während die Spule ausschließlich als Stator fungiert. Diese Bauweise ermöglicht Motoren mit besonders kleinem Volumen, die zugleich ein sehr großes Drehmoment erzeugen.

Die länglich geformte Wicklung des Linearmotors ist freitragend und eisenlos, sodass kein Rastmoment entsteht. Sie ist in drei elektrisch getrennte Segmente unterteilt und innen hohl. In diesem Hohlraum bewegt sich der Läuferstab; die beiden Komponenten sind durch einen kleinen Luftspalt getrennt. Im Läufer sind mehrere Magnete hintereinander in Stabform verklebt, wobei jeweils die gleichartigen Pole aufeinandertreffen (Nord-Nord, Süd-Süd).

Der Läufer ist die einzige bewegliche Komponente des Linearmotors. Er ist an beiden Enden des Stators in Hülsen aus verschleißresistentem Polymer gelagert, die keine Schmierung benötigen. Dieser Aufbau ist die Grundlage für die extrem lange Lebensdauer der Linearmotoren von FAULHABER: Je nach Art der Last, die in der Anwendung bewegt wird, können sie mehrere Millionen bis mehrere hundert Millionen Zyklen erreichen.

Der Linearmotor ist im Prinzip wie ein bürstenloser Motor konstruiert. Die stromführende Wicklung und der permanentmagnetische Läufer (anstelle des Rotors) sind hier jedoch nicht kreisförmig, sondern linear angeordnet.

Wie beim bürstenlosen Motor lenkt die Regelelektronik den Stromfluss so durch die Segmente der Wicklung, dass ein wanderndes Magnetfeld entsteht. Die anziehenden und abstoßenden Kräfte dieses Magnetfelds wirken auf die Magnetpole des Läuferstabs. Auf diese Weise übertragen sie die Bewegung des wandernden Feldes auf den Läufer und erzeugen ein kräftiges Drehmoment. Das größte Modell liefert eine Dauerkraft von 9,2 N.

Drei analoge Hall-Sensoren erfassen die Position der Läufermagnete. Anhand dieser Signale werden die Segmente mit drei sinusförmigen Signalen angesteuert, die jeweils um 120 Grad phasenverschoben sind. Das Sinussignal kann in bis zu 4096 Inkremente unterteilt werden, was eine hohe Auflösung und genaue Positionierung ermöglicht.

Die Kommutierung der Wicklungssegmente erfolgt rein elektronisch. In Verbindung mit dem frei beweglichen Läufer ermöglicht sie eine extrem schnelle Beschleunigung in beide Richtungen und entsprechend schnelle Richtungswechsel. Linearmotoren von FAULHABER erreichen eine Geschwindigkeit von bis zu 3,4 m/s.

Die Motoren stehen in vier Größen zur Verfügung, von 33 x 8 mm bis 74 x 20 mm (L x B), mit einer großen Bandbreite unterschiedlicher Läuferstablängen. Die Hublänge kann bei den Serienprodukten zwischen 15 und 220 mm gewählt werden. Auf Anfrage sind Spezialanfertigungen möglich.

Die Motion Controller von FAULHABER verwenden die Signale der Hall-Sensoren, die in den Platinen der Linearmotoren integriert sind. Für andere Motion Controller, die sin/cos-Signale benötigen, stehen Produktvarianten mit entsprechend modifizierten Platinen zur Verfügung.

Linearmotoren kommen vor allem in Anwendungen zum Einsatz, in denen die Dynamik eines drehenden Motors nicht ausreicht, um die benötigte schnelle Linearbewegung zu erreichen. Neben der enormen Dynamik gehört die sehr lange Lebensdauer ohne Wartung zu den herausragenden Stärken der Linearmotoren von FAULHABER. Wenn es vorrangig auf diese Kriterien ankommt, ist der Einsatz des Linearmotors in der Regel die optimale Lösung.

Eine lineare Bewegung kann auch mit einem rotierenden Motor erzeugt werden. Seine Rotationskraft wird dann durch Übertragungselementen wie Riemen, Ketten oder Spindeln in eine lineare Aktion übersetzt. In diesem Fall spricht man von einem Linearaktuator. Wo ein sehr großes Drehmoment oder besonders hohe Präzision gefordert ist, kommen Linearaktuatoren mit Getriebe oder mit Direktantrieb als geeignete Antriebslösung in Frage.