Torque Motor Typen und Anwendungen

Torque Motoren sind Motoren mit einem beson­ders hohen Drehmo­ment. Dadurch kann oft auf ein zusät­zlich­es Getriebe ver­wen­det wer­den. Deshalb wer­den Torque Motoren auch als Direk­tantriebe beze­ich­net. Diese Elek­tro­mo­toren sind meis­tens rel­a­tiv kurz in Ver­gle­ich zu High Speed Motoren. Dafür haben High Torque Motoren meist einen großen Durchmess­er. Der große Durchmess­er des Rotors sorgt für ein großes Drehmo­ment im unteren Drehzahlbere­ich. Hinge­gen haben High Speed Motoren meist einen kleinen Durchmess­er. Und sind dafür meist rel­a­tiv lang. Das Drehmo­ment ist bei High Speed Motoren im Ver­gle­ich sehr viel klein­er aber sie erre­ichen höhere Drehzahlen. Meist fällt das Drehmo­ment bei High Torque Motoren sehr viel schneller ab. Jedoch hängt das stark von dem Elek­tro­mo­tortyp ab, der als High Torque Motor einge­set­zt wird. In dem unteren YouTube Video wer­den alle wesentlichen High Torque Motortypen vorgestellt.

Axialflussmotor vs Radialflussmotor
High Torque Motor Typen, Axi­alflussmo­tor (links) und Radi­alflussmo­tor (rechts)

Torque Motor Typen

Für Torque Motoren wer­den primär AC-Motoren und BLDC-Motoren ohne Bürsten einge­set­zt. Diese wer­den oft auch als bürsten­lose DC-Motoren beze­ich­net. Hier­von gibt zwei Motor­bau­for­men von High Torque Elek­tro­mo­toren die primär einge­set­zt wer­den. Das Sind ein­mal Axi­alflussmo­toren und Radi­alflussmo­toren. Dabei kön­nen Radi­alflussmo­toren nochmals in zwei unter­schiedliche Typen unterteilt wer­den. Und zwar in Motoren mit Innen­läufer und Außen­läufer. Wobei für High Torque Radi­alflussmo­toren primär Außen­läufer einge­set­zt wer­den. Auch Trans­ver­salflussmo­toren kön­nen hohe Drehmo­mente erzeu­gen. Wer­den aber in der Indus­trie nur sehr sel­ten einge­set­zt. In der Regel ver­wen­det man bei all diesen Elek­tro­mo­toren­typen Per­ma­nent­mag­nete. Da man bei gle­ichen Phasen­strom mit Per­ma­nent­mag­neten ein höheres Drehmo­ment aus dem Motor her­aus­holen kann. Aber es ist natür­lich auch möglich einen High Torque Motor ohne Per­ma­nent­mag­nete zu aufzubauen. Zum Bespiel als einen Reluk­tanz­mo­tor mit Außen­läufer. Im unteren YouTube Video kön­nt ihr euch eine Ani­ma­tion von einem High Torque Reluk­tanz­mo­tor anschauen.

Video über High Torque Motoren

Aufbau von Torque Motoren

Was macht einen High Torque Motor jet­zt so beson­ders? Das Geheim­nis von High Torque Motoren ist primär der große Durchmess­er. Das ist der Haupt­grund warum oft Axi­alflussmo­toren und Außen­läufer einge­set­zt wer­den. Da diese Elek­tro­mo­tortypen gut geeignet sind für kurze Motoren mit einem großen Durchmess­er. Dabei ist nicht der Außen­durchmess­er des Rotors entschei­dend, son­dern der Durchmess­er des mit­tleren Luftspaltes. Da hier die mech­a­nis­chen Kräfte zwis­chen Rotor und Sta­tor durch den mag­netis­chen Fluss entste­hen. Je größer der Durchmess­er ist, wo diese Kräfte entste­hen, desto größer ist auch das resul­tierende Drehmo­ment. Natür­lich ist es auch möglich High Torque Motoren mit einem kleinen Durchmess­er zu bauen, aber das ist nicht so ein­fach. Eine weit­ere wichtige Eigen­schaft von High Torque Motoren sind die hohe Anzahl der Per­ma­nent­mag­nete. Die Kom­bi­na­tion von Sta­tor- und Rotor­polen sollte aber auch immer gut zueinan­der passen. Ein weit­er wichtiger Punkt sind die Stärke und die Dicke der Per­ma­nent­mag­nete. Je stärk­er und dick­er die Per­ma­nent­mag­nete gemacht wer­den, desto größer wird das Drehmo­ment. Natür­lich kann das Drehmo­ment immer nur in einem gewis­sen Rah­men ver­größert wer­den. Und die max­i­male Drehzahl, die der Elek­tro­mo­tor erre­ichen kann, sinkt auch dadurch. Weil sich die Gegen-EMK auch ver­größert, wenn stärkere Mag­nete benutzt wer­den. Es gibt natür­lich noch weit­ere Möglichkeit­en, dass Drehmo­ment zu erhöhen. Zum Beispiel durch einen kleineren Luftspalt oder einen höheren Phasen­strom vom Inverter.

vergleich high torque motor vs high speed motor
Ver­gle­ich High Torque Motoren (rechts) vs High Speed Motoren (links)

Eigenschaften und Vorteile von Torque Motoren

Auf­grund der hohen Drehmo­mente von High Torque Elek­tro­mo­toren ist in vie­len Fällen kein zusät­zlich­es Getriebe mehr nötig. Somit ent­fall­en die Ver­luste von einem Getriebe und der gesamte Wirkungs­grad des elek­trischen Antriebs ver­größert sich. Weil dieser nur noch aus dem des High Torque Motors und des Invert­ers bzw. der Leis­tungse­lek­tron­ik beste­ht. Das ist zum Beispiel bei Elek­tro­booten und Elek­troflugzeu­gen ein großer Vorteil. Aber auch gut für elek­trische Motor­räder und mobile Robot­er. Allerd­ings sind High Torque Motoren ohne Getriebe meist größer als Elek­tro­mo­toren mit einem Getriebe. Das liegt daran, dass der High Torque Motor meist eine niedrigere Drehzahl hat als ein Motor mit einem Getriebe. Auf­grund der niedrigeren Drehzahl haben High Torque Motoren also auch meist eine klein­er Leis­tungs­dichte. Die gesamte Größe von High Torque Motoren ist aber meist ver­gle­ich­bar, mit Antrieben, welche ein Getriebe haben. Aber das ist natür­lich auch stark abhängig von dem einge­set­zten Getriebetyp.

vergleich torque motor ohne getriebe vs motor mit getriebe
Ver­gle­ich Torque Motor (rechts) ohne Getriebe vs Motor mit Getriebe (links)

Applikationen von Torque Motoren

Es gibt zwei wesentliche App­lika­tio­nen bzw. Anwen­dun­gen, für die sich High Torque Motoren beson­ders gut eignen. Das sind ein­mal App­lika­tio­nen, bei denen eine hohe Dynamik und eine hohe Genauigkeit benötigt wer­den. Mit anderen Worten, Anwen­dun­gen wo ein Objekt schnell und sehr präzise vom Punkt A zu Punkt B bewegt wer­den soll. Dazu gehören zum Beispiel Indus­trier­o­bot­er Werkzeug­maschi­nen aber auch Pro­duk­tion­s­maschi­nen. Zum anderen eignen sich High Torque Motoren beson­ders gut für Anwen­dun­gen, bei denen ein hoher Wirkungs­grad benötigt wird. Wie zum Beispiel für hohe Reich­weit­en von Elek­tro­mo­tor­rädern und Flugzeugen.

applikationen und anwendungen von high torque motor
App­lika­tio­nen und Anwen­dun­gen von High Torque Motoren

mobile Anwendungen mit Torquemotoren

Auf­grund Grund der hohen Drehmo­mente von high Torque Elek­tro­mo­toren ist in vie­len Fällen kein zusät­zlich­es Getriebe mehr nötig. Somit ent­fall­en die Ver­luste von einem Getriebe und der gesamt Wirkungs­grad des elek­trischen Antriebs ver­größert sich. Der höhere Gesamtwirkungs­grad macht sich auch beim Brem­sen bemerk­bar. Wodurch beim Brem­sen mehr Energie zurück­ge­won­nen wer­den kann, als beim einem Antrieb­ssys­tem mit Getriebe.

industrielle Anwendungen mit Torque Motoren

Auf­grund ihrer hohen Dynamik wer­den High Torque Motoren auch in Pro­duk­tion­s­maschi­nen, Robot­ern oder Werkzeug­maschi­nen einge­set­zt. Um die Massen der Maschi­nen mit hohen Drehmo­menten schneller beschle­u­ni­gen zu kön­nen. Durch das Verzicht­en auf ein Getriebe in ein­er Werkzeug­mas­chine kann mit einem High Torque Motor nicht nur schneller, son­dern Werk­stücke noch genauer bear­beit­et wer­den. Bei Pro­duk­tion­s­maschi­nen kann durch den Verzicht von Getrieben und den Ein­satz von High Torque Motoren der Wartungsaufwand reduziert wer­den. Weil dieser nur noch aus dem des High Torque Motors und des Invert­ers bzw. der Leis­tungse­lek­tron­ik besteht.