Ein kernloser Motor ist ein leichter Hochleistungs-Gleichstrommotor, bei dem der traditionelle Eisenkern durch eine hohle, selbsttragende Spulenstruktur ersetzt wird, wodurch die Trägheit verringert und Eisenverluste vermieden werden. Diese Struktur ermöglicht eine schnelle Beschleunigung, eine gleichmäßige Drehung ohne Rastmoment und einen hervorragenden Wirkungsgrad. Kernlose Motoren werden häufig in der Robotik, bei Drohnen, medizinischen Geräten und Präzisionsinstrumenten eingesetzt und eignen sich ideal für Anwendungen, die eine schnelle Reaktion, eine kompakte Größe und ein hohes Leistungsgewicht erfordern.

Ich bin oft nach kernlosen Motoren gefragt worden, deshalb haben wir einen Artikel geschrieben, um sie zu erklären. In diesem Artikel erklären wir, was ein kernloser Motor ist, wie er funktioniert und warum er in verschiedenen Branchen immer mehr an Bedeutung gewinnt.

Was ist ein kernloser Motor?

Ein kernloser Motor, auch bekannt als Hohlkörpermotor. Ein kernloser Motor ist ein leichter Hochleistungs-Gleichstrommotor, bei dem der traditionelle Eisenkern durch eine hohle, selbsttragende Spulenstruktur ersetzt wird, wodurch die Trägheit verringert und Eisenverluste vermieden werden. Diese Struktur ermöglicht eine schnelle Beschleunigung, eine gleichmäßige Drehung ohne Rastmoment und einen hervorragenden Wirkungsgrad. Kernlose Motoren werden häufig in der Robotik, bei Drohnen, medizinischen Geräten und Präzisionsinstrumenten eingesetzt und eignen sich ideal für Anwendungen, die eine schnelle Reaktion, eine kompakte Größe und ein hohes Leistungsgewicht erfordern.

Grundlegende Struktur

Die Grundaufbau eines kernlosen Motors lässt sich in einige wesentliche Teile aufgliedern:

1. Rotor (Anker)
   • Hergestellt aus einem hohle, korbförmige Spulenwicklung ohne Eisenkern.
   • Sehr leicht und dünn, was die Trägheit verringert und eine schnelle Reaktion ermöglicht.
2. Dauermagnete
   • Befestigt an der Statorgehäuse (Außengehäuse).
   • Erzeugen das Magnetfeld, das auf die Rotorwicklung einwirkt.
3. Kommutator und Bürsten
   • Stromzufuhr zur Rotorspule.
   • Sie werden häufig aus Edelmetallen (wie Silber- oder Goldlegierungen) hergestellt, um einen geringen Widerstand und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.
4. Welle & Lager
   • Die Motorwelle läuft durch die Mitte und ist in Präzisionslagern gelagert, um eine reibungslose Rotation zu gewährleisten.

Funktionsprinzip des kernlosen Motors

👉 Im Wesentlichen: A coreless motor works indem er den Strom durch eine leichte, eisenlose Wicklung fließen lässt, die mit dem permanenten Magnetfeld des Stators interagiert und so ein kontinuierliches Drehmoment erzeugt und die hohe Effizienz, schnelle Beschleunigung und gleichmäßige Bewegung.

• Stromfluss im RotorWenn Gleichstrom durch die hohle "Korb"-Wicklung fließt, erzeugt er ein Magnetfeld um den Rotor.
• LorentzkraftwirkungDas Magnetfeld des Rotors steht in Wechselwirkung mit dem Dauermagnetfeld Im Stator fixiert, wird nach der Lorentz-Kraftgesetzwird eine Kraft auf die Leiter ausgeübt, die ein Drehmoment erzeugt, das den Rotor in Drehung versetzt.
• KommutierungWenn sich der Rotor dreht, wird die Kommutator und Bürsten Dadurch bleibt das Drehmoment kontinuierlich und der Rotor dreht sich gleichmäßig.
• Kein Eisenkern-VorteilDa der Rotor kein Eisen enthält, gibt es kein Rastmoment und keine Wirbelstromverlustewas zu einer reibungslosen, effizienten und schnellen Reaktion führt.

Anwendungen von kernlosen Motoren

🤖 Robotik

• Wesentliche Vorteile: Geringe Trägheit + Schnelle Reaktion
• Vorteile:
  • Extrem schnelle Beschleunigung und Verzögerung für dynamische Bewegungssteuerung.
  • Gleichmäßige Drehmomentabgabe ohne Rastmoment, was stabile Gelenkbewegungen gewährleistet.
  • Hohe Positioniergenauigkeit, ideal für komplexe Trajektorien.
• Typische Anwendungen: Roboterarme, chirurgische Roboter, UAV-Antriebsmotoren.

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✈️ Luft- und Raumfahrt

• Wesentliche Vorteile: Geringes Gewicht + Hohe Effizienz + Hohe Zuverlässigkeit
• Vorteile:
  • Hohe Leistungsdichte, starke Leistung innerhalb strenger Gewichtsgrenzen.
  • Geringe Wärmeentwicklung und geringer Energieverbrauch verlängern die Lebensdauer der Batterie.
  • Stabile Leistung auch unter extremen Temperatur- und Vibrationsbedingungen.
• Typische Anwendungen: UAV-Antrieb, Aktuatoren für die Satelliten-Lageregelung, elektrische Flugzeug-Hilfssysteme.

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🏥 Medizinische Geräte

• Wesentliche Vorteile: Geräuscharm + Reibungsloser Betrieb + Hohe Präzision
• Vorteile:
  • Leiser und vibrationsfreier Betrieb, ideal für medizinische Umgebungen.
  • Präzise und zuverlässige Bewegungssteuerung für die sichere Verabreichung von Medikamenten oder chirurgischen Werkzeugen.
  • Kompakte Größe, geeignet für tragbare oder implantierbare Geräte.
• Typische Anwendungen: Infusionspumpen, Herzunterstützungspumpen, Operationsroboter, medizinische Bildgebungsplattformen.

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🏭 Industrielle Automatisierung

• Wesentliche Vorteile: Schnelle Reaktion + Hochpräzise Kontrolle
• Vorteile:
  • Verbessert die Produktionsgeschwindigkeit und die Automatisierungseffizienz.
  • Geeignet für hochpräzise Fertigung und Bearbeitung im Mikrometerbereich.
  • Energieeffizienter Betrieb, der die Energiekosten der Fabrik senkt.
• Typische Anwendungen: CNC-Maschinenspindeln, Förderbänder, Dosiersysteme, automatisierte Montagelinien.

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🏠 Haushaltsgeräte

• Wesentliche Vorteile: Kompakte Bauweise + Geräuscharm
• Vorteile:
  • Ermöglicht kleinere und besser tragbare Produkte.
  • Der geräuscharme Betrieb verbessert den Benutzerkomfort.
  • Hoher Wirkungsgrad, der die Lebensdauer der Batterien in tragbaren Geräten verlängert.
• Typische Anwendungen: Elektrische Zahnbürsten, Rasierapparate, Kaffeemühlen, intelligente Staubsauger.

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🚗 Automobilindustrie

• Wesentliche Vorteile: Hohe Reaktionsfähigkeit + Langlebigkeit
• Vorteile:
  • Ermöglicht eine präzise und reaktionsschnelle Steuerung von elektrischen Komponenten in Fahrzeugen.
  • Hält hohen Temperaturen, Vibrationen und Langzeitbetrieb stand.
  • Kompakt und leicht, um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren.
• Typische Anwendungen: Kraftstoff-Einspritzpumpen, Scheinwerfer-Einstellvorrichtungen, elektrische Sitze, Spiegelsteuerungssysteme.

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🎯 Präzisionsinstrumente

• Wesentliche Vorteile: Kein Rastmoment + Sanfte Drehung
• Vorteile:
  • Gewährleistet eine extrem hohe Genauigkeit und Stabilität.
  • Geringes Rauschen und minimale elektromagnetische Störungen, ideal für empfindliche Messsysteme.
  • Der kleine Formfaktor ermöglicht die Integration in kompakte Präzisionsgeräte.
• Typische Anwendungen: Kamera-Autofokus/Zoom, Uhrwerke, wissenschaftliche Messgeräte.

Merkmal kernloser Motor

🔹 Kompakte Struktur

Bei kernlosen Motoren entfällt der herkömmliche Eisenkern, und es wird eine selbsttragende Spulenanordnung verwendet. Dadurch sind sie kleiner und kompakter und liefern dennoch eine hohe Ausgangsleistung. Ihre kompakte Struktur ist ideal für Geräte mit begrenztem Platzangebot, wie Drohnen, medizinische Geräte und Präzisionsinstrumente.

🔹 Leichtes Gewicht

Ohne den Eisenkern sind kernlose Motoren wesentlich leichter als herkömmliche Motoren. Das geringere Gewicht verbessert nicht nur die Effizienz, sondern auch die Tragbarkeit, was sie zu einer bevorzugten Wahl in der Luft- und Raumfahrt, in der Robotik und bei Handheld-Geräten macht.

🔹 Hohe Geschwindigkeit und Effizienz

Da es keine Eisenverluste gibt, können kernlose Motoren extrem hohe Drehzahlen bei ausgezeichnetem Wirkungsgrad erreichen. Sie reagieren schnell auf Steuersignale und eignen sich daher perfekt für Hochleistungsanwendungen wie Roboterarme, Drohnen und Automobilkomponenten.

🔹 Geräuscharm

Das sanfte elektromagnetische Design reduziert das Rastmoment und die Vibrationen, was zu einem leiseren Betrieb führt. Dadurch eignen sie sich für medizinische Geräte, Präzisionsinstrumente und Haushaltsgeräte, bei denen eine geräuscharme Leistung entscheidend ist.

🔹 Stabilität

Coreless-Motoren sorgen für eine gleichmäßige und stabile Drehung auch bei niedrigen Drehzahlen, da sie kein Cogging aufweisen. Diese Stabilität gewährleistet eine genaue Steuerung und Positionierung, insbesondere in der Robotik, Automatisierung und bei optischen Instrumenten.

🔹 Hohe Verlässlichkeit

Die vereinfachte Struktur mit weniger magnetischen Verlusten und geringerer Wärmeentwicklung erhöht die Zuverlässigkeit. Kernlose Motoren können unter anspruchsvollen Bedingungen konstant arbeiten und eignen sich daher für Luft- und Raumfahrt- sowie Automobilsysteme.

🔹 Lange Lebensdauer

Aufgrund des geringeren Verschleißes der Komponenten, der geringeren mechanischen Belastung und der effizienten thermischen Leistung haben kernlose Motoren in der Regel eine längere Lebensdauer als herkömmliche Motoren. Diese Langlebigkeit reduziert den Wartungsbedarf und verbessert die langfristige Leistung.

Klassifizierungen von kernlosen Motoren

1. Bürstenbehaftete kernlose Gleichstrommotoren

• Verwenden Sie Kommutator und Bürsten um den Strom in der Rotorwicklung zu schalten.
• Einfach, kompakt und weit verbreitet in Spielzeug, medizinische Geräte und Kleinelektronik.
• Vorteile: geringe Trägheit, reibungsloser Betrieb, geringe Kosten.
• Einschränkung: Bürstenverschleiß verringert die Lebensdauer.

2. Bürstenlose kernlose Gleichstrommotoren (BLDC)

• Verwenden Sie elektronische Kommutierung anstelle von Bürsten.
• Der Rotor besteht aus kernlosen Wicklungen oder Dauermagneten, der Stator aus Spulen.
• Längere Lebensdauer, höhere Effizienz, weniger Wartung.
• Häufig in Drohnen, Robotik, Luft- und Raumfahrt und Präzisionsgeräte.

3. Kernlose Servomotoren

• Speziell entwickelt für präzise Kontrolle von Position, Geschwindigkeit oder Drehmoment.
• Integriert mit Encodern oder Rückmeldesystemen.
• Verwendet in Robotergelenke, CNC-Maschinen und medizinische Robotik.

4. Kernlose Schrittmotoren

• Operieren in diskrete Stufen für eine genaue Positionierung.
• Das kernlose Design reduziert die Trägheit und ermöglicht eine sehr schnelle Reaktion.
• Angewandt in 3D-Drucker, Kamera-Fokussierungssysteme und optische Geräte.

Kernloser DC-Motor vs. herkömmlicher DC-Motor

Ein kernloser Gleichstrommotor bietet ein schnelleres Ansprechverhalten, einen höheren Wirkungsgrad und eine gleichmäßigere Bewegung, allerdings zu höheren Kosten und geringerer Haltbarkeit (bei bürstenbehafteten Versionen). Ein herkömmlicher Gleichstrommotor ist robuster und wirtschaftlicher, aber schwerer und weniger reaktionsschnell.

⚙️ 1. Konstruktion des Rotors

• Kernloser Motor: Der Rotor ist ein hohle, korbförmige Spule ohne Eisenkern.
• Traditioneller DC-Motor: Der Rotor hat Eisenlamellen mit Kupferwicklungen.

⚡ 2. Trägheit und Reaktion

• Kernloser Motor: Sehr geringe Massenträgheitermöglicht schnelle Beschleunigung und Abbremsung.
• Traditioneller DC-Motor: Höhere Trägheit aufgrund des schweren Eisenkerns, wodurch die Reaktion langsamer ist.

🔄 3. Drehmoment-Eigenschaften

• Kernloser Motor: Sanftes Drehmoment, keine Verzahnung (keine Magnetzahnwirkung).
• Traditioneller DC-Motor: Vorhandenes Rastmoment, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen.

🔋 4. Effizienz und Wärme

• Kernloser Motor: Hoher Wirkungsgrad; keine Eisenverluste (Wirbelstrom/Hysterese).
• Traditioneller DC-Motor: Geringere Effizienz aufgrund von Eisenverluste und Wärmestau.

🛠️ 5. Größe & Gewicht

• Kernloser Motor: Leicht und kompaktideal für tragbare oder platzbeschränkte Geräte.
• Traditioneller DC-Motor: Schwerer und voluminöser.

🧩 6. Langlebigkeit und Kosten

• Kernloser Motor: Bürsten (in gebürsteter Ausführung) verschleißen schnell und sind im Allgemeinen teurer.
• Traditioneller DC-Motor: Robuster und billiger, in vielen Fällen mit längerer Lebensdauer der Bürsten.

📌 7. Anwendungen

• Kernloser Motor: Robotik, Drohnen, medizinische Geräte, Kameras, Luft- und Raumfahrt - wo Präzision, Geschwindigkeit und geringes Gewicht entscheidend sind.
• Traditioneller DC-Motor: Ventilatoren, Pumpen, Förderanlagen, Industriemaschinen - wo Langlebigkeit und Kosteneffizienz zählen.

Referenz:

https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motor