Gleichstrom-Miniaturmotoren: So integrieren Sie eine Bremse in die Anwendung

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Louis Mongin, BLDC Product Strategic Manager bei Portescap, erläutert die Technologie hinter den elektromagnetischen Bremsen für Gleichstrom-Miniaturmotoren.

Bei Anwendungen mit Miniaturmotoren wird die Gleichstrom-Motortechnologie aufgrund ihrer Kompaktheit, ihres geringen Gewichts und ihrer Zuverlässigkeit eingesetzt. Das Anhalten, Verlangsamen oder Halten der Position und der Last dieser Motoren ist für viele Anwendungen entscheidend, von der Steuerung von Robotergelenken bis hin zu automatischen Fensterjalousien. Diese Steuerung lässt sich durch die Integration einer elektromagnetischen Bremse erreichen, die genau auf die Anforderungen der Anwendung und die Parameter der Gleichstrom-Miniaturmotoren abgestimmt ist. Louis Mongin, BLDC Product Strategic Manager bei Portescap, erläutert die Technologie hinter den elektromagnetischen Bremsen für Gleichstrom-Miniaturmotoren.

In Anwendungen mit Gleichstrom-Miniaturmotoren werden elektromagnetische Bremsen zum Halten, Stoppen oder Abbremsen einer Last eingesetzt. Ohne eine Bremse würden sich die Miniaturmotoren auch nach einer Unterbrechung der Spannungs- oder Stromzufuhr unkontrolliert weiterdrehen, oder würden ihre Position gegenüber einer konkurrierenden Kraft nicht halten können. Während alternative Drehmomentsteuergeräte zum Einsatz kommen können, vereinen elektromagnetische Bremsen Präzision mit einer kompakten, zuverlässigen, energieeffizienten und kostengünstigen Konstruktion.

Um Gleichstrom-Miniaturmotoren an einem bestimmten Haltepunkt in einer Vielzahl von industriellen und medizinischen Anwendungen in Position zu halten, umfasst die Grundkonstruktion eine feste Erregerspule, die als Elektromagnet fungiert, um ein Drehmoment zum Bremsen oder Halten der Last zu erzeugen. Der Elektromagnetismus der Spule steuert einen Anker, der sich entweder mit einer Struktur verbindet oder sich von ihr löst. Die Konstruktion des Bremsmechanismus besteht aus einer Hohlwelle, die auf die Welle des Gleichstrommotors montiert ist. Dadurch lässt sich eine kompakte Integration erzielen.

Federdruckbetätigte Bremsen

Die Bremsen sind als Arbeitsstrommodelle erhältlich. Das heißt, die Bremse wird nur aktiv, wenn Strom in der Erregerspule fließt. Dies ist akzeptabel, wenn die Bremse keine hohe Last halten muss oder wenn nach dem Abschalten kein Haltemoment erforderlich ist. Alternativ dazu bleibt die Bremse bei einer Ruhestrombremse immer betätigt, solange kein Strom durch den Elektromagneten fließt. Für einige Anwendungen stellt das eine von Natur aus sicherere Konstruktion dar.

Federdruckbetätigte Bremsen werden zum automatischen Anhalten und Halten einer Last im Falle eines Stromausfalls oder einer Notbremsung eingesetzt. Bei dieser Konstruktion wird die Bremskraft durch eine Druckfeder aufgebracht. Die Bremse wird dabei in der Regel durch manuelle Betätigung gelöst. Zu den Vorteilen gehören wiederholte Bremszyklen bei voller Motordrehzahl ohne Drehmomentabfall. Die Konstruktionen lassen sich somit in Bezug auf Aspekte wie Nennspannung und dynamisches Reibmaterial entsprechend der erforderlichen Federkraft anpassen. Der Nachteil einer federdruckbetätigten Bremse ist, dass sie ein Spiel aufweisen kann. Das beeinträchtigt die Präzision beim dynamischen Bremsen oder Halten der Position.

Permanentmagnet-Ruhestrombremse für dynamische Anhalten sich bewegender Last

Für Anwendungen, bei denen ein dynamisches Anhalten und Halten einer sich bewegenden Last erforderlich ist, sowie für das Anhalten mit hoher Taktzahl, sollte stattdessen eine Permanentmagnet-Ruhestrombremse Anwendung finden. Bei dieser Konstruktion werden die Bremsen magnetisch angezogen und elektrisch gelöst, was ein sicheres Halten der Last im Ruhestrom ermöglicht. Bei Anlegen von Spannung oder Strom an die Bremse wird die Spule zu einem Elektromagneten und erzeugt magnetische Flusslinien, die denen des Permanentmagneten entgegenwirken. Dadurch wird der Anker freigegeben, ein Luftspalt entsteht und die Lastwelle kann sich drehen. Die Erhöhung der Spannung oder des Stroms ermöglicht auch eine präzise Steuerung der Bremskraft, im Gegensatz zur Ein/Aus-Funktion der federdruckbetätigten Bremse.

Da die Permanentmagnetbremsen keine beweglichen Teile enthalten, können sie bei sehr hohen Geschwindigkeiten arbeiten. Im Gegensatz zu federdruckbetätigten Bremsen ist bei ihnen kein Spiel möglich, da die Konstruktion eine feste Verbindung zwischen Anker, Feder und Nabe vorsieht. Dadurch lassen sie sich präzise steuern. Da beim dynamischen Bremsen Wärme erzeugt wird, muss die Bremse entsprechend den Anforderungen an Reibung, Last und Drehmoment richtig dimensioniert sein. Permanentmagnetbremsen benötigen einen konstanten und spezifischen Strom, was bedeutet, dass diese Bremsenkonstruktionen einer sorgfältigen Prüfung unterzogen werden müssen, bevor sie unter Bedingungen eingesetzt werden, die Stromschwankungen verursachen könnten, wie zum Beispiel hohe oder wechselnde Temperaturen.

Bremslösungen mit Gleichstrom-Miniaturmotoren in maßgeschneiderten OEM-Anwendungen

Durch die präzise Steuerung durch eine Permanentmagnetbremse eignen sie sich gut für den Einsatz in Roboterarmgelenken. Ihre Spielfreiheit bedeutet, dass sie das Drehmoment präzise halten und auch dynamisch stoppen können. Ein Beispiel für eine Anwendung mit Gleichstrom-Miniaturmotoren, die ein sicheres Haltedrehmoment erfordert, ist die Steuerung von automatisierten Fensterjalousien. Die Abschaltbremse sorgt für einen automatischen Betrieb und ermöglicht es dem Motor bei Abschaltung des Stroms die Beschattungsposition zu halten.

Die Ingenieure von Portescap integrieren regelmäßig Bremslösungen mit Gleichstrom-Miniaturmotoren in maßgeschneiderte OEM-Anwendungen. Das Team sorgt für eine exakte Dimensionierung und Spezifikation und empfiehlt die effektivste Technologie und Ausstattung für spezifische Anforderungen. Die Konstruktion beinhaltet zur Gewährleistung von Sicherheit und Präzision eine schnelle Prototypenfertigung und Tests, bevor die Entwicklung in die Serienproduktion übergeht.

Weitere Informationen: https://www.portescap.com/

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