(openPR) Dies sind Motoren, die ihr hohes Drehmoment vorzugsweise aus dem besonders großen Durchmesser ihres Luftspaltes erzeugen. Weiterhin typisch ist, daß sie innen hohl sind. Normalerweise ist der Stator außen und der Magnetläufer innen, aber auch umgekehrt funktioniert dieser Motor genauso als Aussenläufer. Weiterhin typisch für diese Motoren ist, daß sie ohne Lagerung und Gehäuse geliefert werden, denn der Kunde stülpt den Läufer auf seine bereits für die Aufnahme vorbereitete Welle / Hohlwelle über. Der Stator wird dafür an das Gehäuse zentriert und befestigt. Die in den Statorspulen erzeugte Wärme wird so an das Gehäuse weitergeleitet.
Solche Torque-Motoren sind üblicherweise sog. Langsamläufer, die die Welle ohne Getriebe, also direkt und daher völlig spielfrei antreiben.
Torquer werden bürstenbehaftet und bürstenlos angeboten, wobei das Interesse sich immer mehr auf die letzteren konzentriert, weil sie völlig verschleißfrei arbeiten und keine Abriebsverschmutzung erzeugen. Die bisherigen BL-Torquer arbeiten üblicherweise mit 3 Phasen, es gibt hier und da aber auch welche mit 2 und noch seltener mit 4, 6 und 12 Phasen (für militärische Anwendungen). Grundsätzlich lassen sich solche Ringmotoren natürlich mit allen Phasenzahlen realisieren, wobei manche Phasenzahlen zusammen mit der Elektronik singuläre, sehr geschickte Gesamtlösungen erlauben.
Solche Motoren werden in allen Größen hergestellt, von ca. 5 cm bis zu 30 m im Durchmesser (Weltraummotor zum Positionieren von Großlaserkanonen im SDI-Programm der USA). Die gravierenden Probleme mit diesen Motoren sind die großen Kräfte, die von den starken Magneten herrühren: Sie erzeu¬gen störende Haltemomente an Zähnen und Nuten (engl. detent torque oder auch cogging), die sich sehr störend auf einen gewünschten, optimalen Rundlauf auswirken. Auch wenn die Elektronik solche Störungen ausregeln kann, so bleibt ein kleiner Fehler in der Einschwingzeit, der oft nicht toleriert werden kann. Darüber hinaus haben solche Motoren auch Schwankungen im Drehmoment, sog. Momentwelligkeit (engl. ripple-torque), die sich ebenfalls ungünstig auf den erwünschten, absolut ruhigen Lauf auswirken.
Es gibt eine ganze Reihe von Ansätzen, um sich des einen und anderen Effektes zu entledigen, doch beide gleichzeitig weitgehend zu eliminieren ist bis jetzt nicht gelungen. Dies liegt z. T. daran, weil sich diese Motoren nicht perfekt mit einem einfachen mathematischen System beschreiben lassen. Hinzu kommen durch die magnetischen Streufelder z. T. ganz ungewöhnliche Effekte, die sich analytisch schlecht voll einfangen lassen: es wird immer ein Rest von Fehlern übrig bleiben.
Unser Ansatz zielt hierbei auf eine neue Konstruktion des Motors, die wenigstens eine genaue 2-Dimensionale mathematische Beschreibung erlaubt, die also wenigstens im idealisierten Modell Momentwelligkeit und Rastmoment zu Null optimieren kann. Die durch Streuungen dann noch entstehende Fehler müssen iterativ und mit viel Fleiß beseitigt werden. Ein Modell, daß sämtliche Effekte behandeln könnte scheint kaum realisierbar zu sein.
Warum sind aber Torquer für uns interessant?
Es gibt viele Gründe, die beiden wichtigsten sind folgende:
- Torquer arbeiten ohne Getriebe vollkommen spielfrei, und wenn sie richtig eingesetzt werden, sind sie in Maschinen und Robotern der kürzeste Weg zwischen Elektronik und Mechanik.
- Torquer greifen direkt an den Stellen, die üblicherweise in der Mechanik für die größte Stabilität
zuständig sind, nämlich an der Peripherie von Übertragungselementen, wie Achsen, Roboterarmen usw.
Die Übertragungssteifigkeit ist somit optimal.
Insofern wir also präzisere Maschinen und Roboter bauen möchten, kommen wir nicht an diesen Antrieben vorbei. Bemerkenswert ist der neue Trend der Japaner, sämtliche Gelenke an Manipulatoren und Robotern mit solchen Direktantriebsstationen zu bestücken.
Wenn die Japaner an diesen Stellen ohne Getriebe arbeiten, so hat es sicher einen guten Grund: Japan hat es sich zur obersten Devise gemacht, in sämtlichen Bearbeitungsstufen noch eine Größenordnung genauer zu werden. Das erklärte Ziel ist, die Fertigungstoleranzen soweit zu reduzieren, daß die Gesamtqualität aller gefertig¬ten Produkte für andere praktisch unerreichbar wird! Man sollte sich hüten, den Japanern alles nachzumachen, oder sie für intelligenter zu halten, denn häufig genug machen sie das Falsche richtig und das Richtige falsch. Immerhin haben nun mehrere Firmen wie Yokogawa Precision, Tamagawa Seiki, NSK und andere solche Direktantriebe im Programm. Manche arbeiten nach dem Prinzip eines Reluktanz-Schrittmotors mit großem Durchmesser und feinen Schritten. Die extrem hohe Induktivität solcher Motoren wirkt sich negativ auf die Regeldynamik aus.
Wieso preisen wir aber den bürstenlosen Motor und nicht diese Reluktanzantriebe an?
Weil Reluktanzantriebe bekannter¬maßen von der hohen Induktivität und dem kleinen Spalt leben, nicht so der BL-Motor, der ganz bewußt große Magnete als Spalt einsetzt, damit die unerwünschte Induktivität so klein wie möglich wird. Im Positions-Regelungssystem ist nämlich die Induktivität das sogenannte Nadelöhr für die Steifigkeit, das sog. Gummi im Antrieb. Es genügt also nicht allein, daß statische Drehmoment des Antriebes zu erhöhen, sondern gleichzeitig muß die Steifigkeit verbessert werden. Hierzu haben alle Motoren mit Permanentmagneten grundsätzlich kleinere Induktivität und sind daher der besseren Weg zu höherer dynamischen Steifigkeit, weil die Elektronik die Ströme in die Spulen schneller einprägen kann.
