Linearmotor

Ein Linearmotor ist ein direkt angetriebener Elektromotor, der eine lineare Kraft in gerader Linie erzeugt und elektrische Energie ohne zusätzlichen Übertragungsmechanismus in mechanische Energie in Form einer linearen Bewegung umwandelt. Man kann sich das so vorstellen, als würde man einen rotierenden Motor radial aufschneiden und flach hinlegen.

Linearmotoren lassen sich anhand ihrer Magnetführung in zwei Haupttypen unterteilen: mit Eisenkern und ohne. Linearmotoren mit Eisenkern werden auch als Flachmotoren bezeichnet. Linearmotoren ohne Eisenkern werden auch als Luftkern- oder U-Kanal-Linearmotoren bezeichnet. HGT liefert die Magnetbaugruppe als Sekundärkomponente für Linearmotoren. Eine Magnetbaugruppe für Linearmotoren besteht aus einer Magnetschiene mit Permanentmagneten, die auf einer oder mehreren Jochplatten befestigt sind. Sie kann als abgewickelter Rotor eines bürstenlosen Gleichstrommotors betrachtet werden.

Aufgrund der magnetischen Anziehung zwischen Eisenblechen und Permanentmagneten erzeugen Linearmotoren mit Eisenkern eine hohe Schubkraft. Dank ihrer offenen Bauweise wird Wärme gut abgeleitet. Mit nur einer Magnetreihe und einfacherer Konstruktion sind sie in der Regel kostengünstiger. Linearmotoren mit Eisenkern eignen sich für Press- und Formgebungsanwendungen, Leiterplattenbohrmaschinen, Druckmaschinen und Anwendungen zur Drehzahlstabilisierung.

Durch die Verwendung von in Epoxidharz vergossenen Primärspulen anstelle eines Stahlblechstapels zeichnen sich eisenlose Linearmotoren durch einen besonders ruhigen Lauf ohne Rastmomente aus. Zudem sind sie leichter und benötigen kürzere Einstellzeiten. Eisenlose Linearmotoren eignen sich für Hochgeschwindigkeits-Montage- und Transportanwendungen, Scan-, nicht-mechanische Lager-, Halbleiter- und Vakuumanwendungen.

Für die verschiedenen beweglichen Teile (bewegliche Spule und bewegliche Magnetschiene) gibt es zwei Systemarten. Typischerweise ist die Magnetschiene das stationäre und der Spulenhalter das bewegliche Teil, um bei geringerer Masse eine höhere Beschleunigung zu erzielen. Bewegliche Magnetmotoren ermöglichen jedoch eine höhere Präzision. Linearmotoren können folgende Bauformen aufweisen: eine oberflächenmontierte Schiene mit einem beweglichen Spulenhalter (Flachlinearmotoren), zwei parallele, einander gegenüberliegende Magnetschienen mit dem Spulenhalter in der Mitte (U-Profil-Linearmotoren) oder ein Spulenhalter, der sich auf einer zylindrischen Stange bewegt, die die Magneten aufnimmt (Rohrlinearmotoren). Die spezifische Konfiguration hängt von den Betriebsbedingungen und der jeweiligen Anwendung ab. Es gibt einige wenige gängige Typen.

Linearmotoren mit EisenkernDie Kraftübertragung erfolgt durch dreiphasige elektromagnetische Spulen, die um den Eisenkern (Zähne) der Bleche des Kraftgebers gewickelt sind. Der Eisenkern kann die Kraftabgabe erhöhen. Allerdings treten auch Rastkräfte und Anziehungskräfte zwischen Kraftgeber und Schiene auf, die die Schubkraft und die Lagerlebensdauer beeinflussen.
Eisenlose LinearmotorenDiese Motoren werden mitunter auch als U-Kanal-Linearmotoren bezeichnet. Ihre Wicklungen sind in Epoxidharz anstatt in Eisenblech eingebettet. Typischerweise ist die Spulenwicklung dreiphasig und bürstenlos kommutiert. Das Fehlen von Rastmoment und Anziehungskräften verlängert die Lagerlebensdauer, verringert jedoch die abgegebene Kraft.

Nutlose LinearmotorenSie vereinen die Konstruktionsmerkmale von Eisenkern- und eisenlosen Motoren. Die dreiphasigen Spulen mit rückseitigem Eisenkern sind über eine einzelne Leiterbahn mit Epoxidharz verbunden. Sie bieten im Vergleich zu eisenlosen U-Kanal-Konstruktionen geringere Kosten und eine bessere Wärmeableitung sowie im Vergleich zu Eisenkern-Konstruktionen eine geringere Anziehungskraft und weniger Rastmoment.

Nutlose, eisenlose Flachmotoren bestehen aus Spulen, die auf einem Aluminiumsockel montiert sind. Nutlose, eisenhaltige Flachmotoren hingegen bestehen aus Spulen, die auf Eisenblechen montiert sind. Diese dienen der Ausrichtung des Magnetfelds und der Erhöhung der Kraft und sind ebenfalls auf dem Aluminiumsockel befestigt. Auch bei Konstruktionen mit Eisenblechen treten Anziehungskräfte und Rastkräfte auf, jedoch erzeugt diese Bauweise eine höhere Kraft als die eisenlose.

RohrlinearmotorenEine weitere Art von Linearmotoren sind Rohrlinearmotoren. Die Spulenwicklung ist typischerweise dreiphasig, die Kommutierung erfolgt bürstenlos mittels Hall-Effekt-Sensoren. Diese Motoren können mit Eisen- oder eisenlosen Statoren gefertigt werden. Beim Rohrlinearmotor sind die Spulen um eine zylinderförmige Magnetwelle angeordnet. Durch Anpassen des Stroms im Motor an die drei Phasen werden Magnetfelder erzeugt.

Ein Schwingspulenmotor, auch bekannt als nichtkommutierter Gleichstrom-Linearmotor, ist ein einphasiger, rohrförmiger Linearmotor mit beweglichen Spulen oder Magneten. Er besteht aus Permanentmagneten und Spulen. Durch die Wechselwirkung des durch die Spule fließenden Stroms mit den Permanentmagnetfeldern wird eine Bewegungskraft erzeugt.