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Optionen der Luft- und Raumfahrtmotorentechnik

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Entschlüsselung der Auswahl von Mikromotoren für Luft- und Raumfahrtanwendungen

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In der Luft- und Raumfahrtindustrie sind Zuverlässigkeit und Langlebigkeit nicht verhandelbar. Die Notwendigkeit, die Ziele hinsichtlich Größe, Gewicht und Leistung (SWaP) zu erfüllen, stellt eine weitere Herausforderung dar, da diese Anwendungen effiziente und kompakte Lösungen erfordern, die sich in rauen Umgebungen bewähren. DC-Motortechnologien, einschließlich bürstenbehafteter DC-Kernmotoren, zylindrischer BLDC-Motoren (mit und ohne Schlitz) und BLDC-Flachmotoren mit Schlitz, erweisen sich als optimale Wahl, um diese Anforderungen zu erfüllen, und bieten eine Reihe verschiedener Formfaktoren, die auf spezifische Anwendungsanforderungen zugeschnitten sind.

Die bürstenlosen DC-Motoren bestehen aus einem Rotor, der aus einer auf einer Welle befestigten Spulenanordnung besteht, und einem Stator mit festen Magneten. Da die Spulenanordnung nicht aus Eisenblechen aufgebaut ist, gilt der Motor als eisenlos. Eisenlose Konstruktionen haben erhebliche Vorteile, da die typischen Verluste des Eisenkerns entfallen. Die Motoren werden mit Edelmetall- oder Graphitbürsten kommutiert, die den Kontaktwiderstand und die Reibung verringern und die Steuerelektronik vereinfachen.

BLDC-Zylindermotoren verwenden eine stationäre Spule mit einem rotierenden Permanentmagneten. Die Spulenwicklungen, die Teil des Stators sind, können erregt und elektrisch kommutiert werden; dadurch entfällt die Notwendigkeit eines Kommutator- und Bürstensystems.

Innerhalb der BLDC-Technologie gibt es zwei einzigartige Motortopologien: geschlitzt und nutenlos. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Ausführungen liegt in der Statorwicklung. Bei genuteten Motoren wird der Spulendraht in Blechschlitze eingefügt, die durch Umspritzen des montierten Stators noch stabiler gemacht werden können. Bei nutenlosen Motoren wird eine selbstklebende Spulenwicklung verwendet, die einfacher zu fertigen ist.

Bürstenlose Gleichstrom-Flachmotoren mit Nuten haben dagegen einen einzigartigen Aufbau mit Spulen, die in Blechschlitze innerhalb einer äußeren Rotorkonfiguration eingefügt sind. Dies bietet eine maßgeschneiderte Lösung für A&D-Anwendungen und gewährleistet Effizienz und Zuverlässigkeit ohne unnötige Komplexität.

Kriterien für die Motorauswahl für Luft- und Raumfahrtanwendungen

Gleichstrommotortechnologien bieten eine Reihe von Lösungen, die sich perfekt für die anspruchsvollen Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie eignen, wobei jede Option ihre eigenen Vorteile mit sich bringt. Es gibt jedoch Kompromisse zwischen diesen Motortechnologien, je nach den spezifischen Kriterien, die für die jeweilige Anwendung erforderlich sind. Zu den wichtigsten Parametern des Antriebssystems, die bei der Auswahl eines Motors für Ihre Anwendung zu berücksichtigen sind, gehören:

Drehmoment-Dichte. DC-Motoren bieten ein hohes Drehmoment in kompakter Bauweise, das vorübergehend bis zum 3-5fachen des maximalen Dauerdrehmoments beträgt. Nutenlose und genutete BLDC-Motoren bieten bis zum 10-fachen des maximalen Dauerdrehmoments ohne magnetische Sättigung. Flache BLDC-Außenläufermotoren bieten eine hohe Drehmomentdichte bei einem geringeren Formfaktor.

Reibungsverluste. Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren minimieren die Reibung mit reibungsarmen Bürsten- und Kommutatormaterialien. Präzisions-DC-Motoren, die für A&D entwickelt wurden, minimieren die Verluste durch sorgfältige Berücksichtigung der Motorlager.

Eisenverluste. Bei Gleichstrommotoren mit Eisenkern treten bei höheren Drehzahlen Wirbelstromverluste auf, während eisenlose Motoren, die für Anwendungen mit höheren Drehzahlen bevorzugt werden, keine Eisenverluste aufweisen. BLDC-Motoren mit Eisenkern können die Eisenverluste durch strategisches Design und Materialauswahl minimieren.

Maximale Geschwindigkeit. Kleine Gleichstrommotoren und flache BLDC-Ausführungen können kontinuierlich mit 10.000 U/min oder mehr betrieben werden, während zylindrische BLDC-Ausführungen 40.000 U/min überschreiten können. Hochgeschwindigkeitsmotoren verfügen über Lagersysteme, die für minimale Vibrationen ausgewuchtet sind.

Rastmoment. Kernlose Gleichstrommotoren und nutenlose BLDC-Motoren eliminieren das Rastmoment, während geschlitzte BLDC-Motoren es durch konstruktive Anpassungen minimieren können.

Lebensdauer des Motors. Die Lebensdauer von bürstenbehafteten Gleichstrommotoren ist durch den Verschleiß von Bürsten und Kommutatoren begrenzt, während die Lebensdauer von elektronisch kommutierten BLDC-Motoren durch die Lebensdauer der Lager begrenzt ist.

Trägheit. BLDC-Normmotoren werden für Anwendungen mit geringer Rotorträgheit bevorzugt, während BLDC-Flachnormmotoren aufgrund der größeren Rotoren eine höhere Trägheit aufweisen.

Robustheit. BLDC-Normmotoren sind am robustesten und eignen sich aufgrund ihrer Stator- und Rotorkonstruktion für raue Umgebungen. BLDC-Flachmotoren sind zwar weniger robust, können aber so konstruiert werden, dass sie die A&D-Anforderungen erfüllen.

Schlussfolgerung

Die Luft- und Raumfahrtindustrie erfordert ein umfassendes Spektrum an Motortechnologien, die in der Lage sind, die unterschiedlichsten Anwendungsanforderungen mit unerschütterlicher Zuverlässigkeit und Effizienz zu erfüllen. Von kompakten Designs bis hin zu hohen Drehmomentdichten bieten DC-Motorlösungen ein Leistungsspektrum, das auf spezifische Anforderungen zugeschnitten ist, während gleichzeitig die Herausforderungen der SWaP-Einschränkungen bewältigt werden. Nutenlose BLDC- und kernlose DC-Motoren zeichnen sich nicht nur durch ihre Effizienz und Kompaktheit aus, sondern auch durch ihre Fähigkeit, den strengen Standards von DO-160G und MIL-STD-810 standzuhalten, was sie zu unschätzbaren Werten in Umgebungen macht, in denen Widerstandsfähigkeit an erster Stelle steht.

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