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Antriebstechnik in der Automatisierungstechnik

Antriebe: Vom Motor zum Gesamtsystem

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FAULHABER SA

Bürstenloser Servomotor

Technologie und Funktionsweise: Der bürstenlose Servomotor ist heute einer der wichtigsten Motoren für hochdynamische Automatisierungsaufgaben. Typischerweise handelt es sich um einen permanentmagneterregten Synchronmotor (PMSM). Die Permanentmagnete befinden sich im Rotor; die Wicklungen liegen im Stator. Da keine mechanischen Bürsten vorhanden sind, muss die Kommutierung elektronisch erfolgen. Ein Servoregler erzeugt hierfür die geeigneten Motorströme.

Zur Erfassung der Rotorposition kommen beispielsweise zum Einsatz: Encoder, Resolver, Hall-Sensoren, absolute Geber und hochauflösende Multiturn-Encoder. Moderne Servosysteme kombinieren Motor, Leistungselektronik, Geber und Regelalgorithmus zu einem geschlossenen Motion-Control-System. Moderne Servoantriebe bieten beispielsweise hochauflösende Encoder und hohe Überlastfähigkeit.

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Drehmomentverhalten: Auch beim bürstenlosen Servomotor ist das Drehmoment im relevanten Bereich näherungsweise proportional zum Drehmoment bildenden Strom. Damit kann der Regler sehr schnell auf Laständerungen reagieren. Typisch ist ein grosser Bereich mit: konstantem Drehmoment, anschliessendem Übergang in den Feldschwächbereich oder anschliessendem Betrieb mit annähernd konstanter Leistung. Durch die elektronische Kommutierung und die Rückführung der Rotorposition können hohe Beschleunigungen und präzise Bewegungen erreicht werden.

Ein entscheidender Vorteil liegt dabei nicht allein im Motor, sondern im Gesamtsystem aus Motor, Geber, Leistungselektronik und Regelung.

Merkmale:

  • Permanentmagnete im Rotor
  • elektronische Kommutierung
  • keine Bürsten
  • hoher Wirkungsgrad
  • hohe Leistungsdichte
  • hohe Dynamik
  • präzise Positionierung
  • hohe Überlastfähigkeit
  • häufig mit absolutem oder inkrementellem Encoder
  • hervorragend für Mehrachssysteme geeignet

Vorteile:

  • sehr hohe Dynamik
  • hohe Beschleunigungsfähigkeit
  • hohe Positioniergenauigkeit
  • hohe Wiederholgenauigkeit
  • hoher Wirkungsgrad
  • geringer Wartungsbedarf
  • keine Bürsten und kein Kommutator
  • kompakte Bauweise
  • hohes Drehmoment bezogen auf Baugrösse
  • sehr gute Integration in digitale Motion-Control-Systeme
  • geeignet für elektronische Getriebe und Mehrachsinterpolation

Nachteile:

  • höhere Systemkosten
  • komplexere Leistungselektronik
  • Encoder bzw. Resolver erforderlich
  • Parametrierung und Inbetriebnahme aufwendiger
  • Permanentmagnete erhöhen Material- und Kostenaufwand
  • thermische Auslegung von Motor und Regler erforderlich
  • Fehlfunktionen von Geber oder Leistungselektronik können die Anlage unmittelbar beeinflussen

Typische Einsatzgebiete:

  • CNC-Maschinen
  • Robotik
  • Verpackungsmaschinen
  • Pick-and-Place
  • Montageautomaten
  • Druckmaschinen
  • Werkzeugmaschinen
  • Fördertechnik mit hoher Dynamik
  • elektronische Kurvenscheiben
  • Mehrachs-Motion-Control

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