Grundstruktur und Funktionsprinzip des Gleichstrom-Torquemotors

Gleichstrom-Torquemotoren werden häufig in Branchen wie der mechanischen Fertigung, der Textil-, Papier-, Gummi-, Kunststoff-, Metalldraht- und Kabelherstellung eingesetzt.

Ein DC-Torquemotor ist eine Sonderform eines DC-Servomotors, der meist eine Permanentmagneterregung nutzt. Seine grundlegenden Anforderungen ähneln denen von DC-Servomotoren. Um ein hohes Abtriebsdrehmoment und eine niedrige Drehzahl zu erreichen, werden sie in der Regel flach aufgebaut. Das Verhältnis der Länge des Motorankerkerns zu seinem Außendurchmesser ist sehr klein. Um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten, darf das Ausgangsdrehmoment des Motors das maximale Stillstandsdrehmoment, auch Spitzenstillstandsmoment genannt, nicht überschreiten. Der dem Spitzenstillstandsdrehmoment entsprechende Ankerstrom wird als Spitzenstillstandsstrom bezeichnet. Wenn der Ankerstrom den Spitzenstillstandsstrom übersteigt, wird der Motor entmagnetisiert und muss erneut magnetisiert werden, um normal zu funktionieren. Um Drehmoment- und Drehzahlschwankungen zu reduzieren, ist der Stator mit mehreren Magnetpolpaaren ausgestattet und der Anker ist mit einer größeren Anzahl an Nuten, Kommutatorsegmenten und Reihenleitern ausgestattet. Die Drehmomentwelligkeit ΔM stellt die Variation des Ausgangsdrehmoments an verschiedenen Positionen des Ankers dar.

Gleichstrom-Torquemotoren verfügen über eine flache Struktur mit großer Innenbohrung, was für die direkte Montage des Motors auf der Lastwelle von Vorteil ist und die Kupplungssteifigkeit des Systems verbessert. Dadurch kann das System schnell reagieren, die Bandbreite erweitern, stabil arbeiten und dynamische Leistungsanforderungen erfüllen.

Die Motorkonstante KL ist ein wichtiger Indikator für einen Drehmomentmotor und stellt das Verhältnis des Spitzenstillstandsdrehmoments zur Quadratwurzel der Eingangsspitzenstillstandsleistung (kgf·cm/W1/2) dar. KL spiegelt nicht nur den Wirkungsgrad des Motors selbst wider, sondern berücksichtigt auch die vom Motor verbrauchte Leistung.

Der Gesamtaufbau eines Gleichstrom-Torquemotors kann in zwei Typen unterteilt werden: modular und zusammengebaut. Der modulare Typ besteht aus Stator, Anker und Bürstenhalter als Hauptkomponenten, wobei der Benutzer die restlichen tragenden Teile entsprechend den Installationsanforderungen auswählt. Der zusammengebaute Typ ähnelt einem herkömmlichen Motor, wobei der Motor eine einzige unabhängige Einheit bildet.

Um die Nachteile der Verwendung von Bürsten und Kommutatoren in Gleichstrom-Torquemotoren zu überwinden, wurden Ende der 1970er Jahre bürstenlose Gleichstrom-Torquemotoren entwickelt. Das Prinzip und der Aufbau bürstenloser Gleichstrom-Torquemotoren ähneln bürstenlosen Gleichstrommotoren.