Verwendung von Metallgehäusen in kleinen Gleichstrommotoren

Ich verwende einen sehr kleinen Motor ( GM15 , um genau zu sein) für eine Anwendung, bei der die Optimierung des Gewichts die größte Herausforderung darstellt. Der Motor wiegt etwa 1,1 g. Ich öffnete den Motor und wog alle verschiedenen Teile und stellte fest, dass allein das äußere Metallgehäuse des Motors (zusammen mit der Bronzebuchse) etwa 650 mg wiegt.

Für diejenigen, die neugierig auf Gewichte verschiedener Teile sind: Kupferspulen - nur 120 mg, Permanentmagnete ~ 60 mg, Getriebe - 220 mg.

Meine Frage bezieht sich also auf den genauen Nutzen dieses Gehäuses. Ich weiß, dass Eisen wegen seiner hohen magnetischen Permeabilität in Motorrotoren verwendet wird, aber bietet die Verwendung von Metall für das Außengehäuse andere Vorteile als die strukturelle Robustheit? Wenn ich alle Motorteile herausnehmen und mit halbem Gewicht wieder in ein Kunststoffgehäuse einbauen würde, wäre die Leistung des Motors in Bezug auf Drehmomenterzeugung und Stromaufnahme gleich?

Ich konnte mit einer schnellen Google-Suche nicht viele Informationen zu diesem Thema finden. Ich würde mich freuen, wenn jemand auf Standardliteratur zu diesem Thema verweisen könnte.

Antworten (1)

Das Gehäuse ist der Rückflussweg für die Magnete. Wenn Sie es durch Kunststoff ersetzen, wird die Stärke des Flusses durch die Spulen erheblich verringert, was die Drehmomenterzeugungseffizienz des Motors verringert. Dies bedeutet, dass Sie für die gleiche Leistung einen größeren Motor benötigen, sodass Sie wahrscheinlich nichts gewinnen. Wenn der Motor bereits zu stark ist, könnte dies natürlich eine Option sein. Es ist schwer abzuschätzen, wie stark die Drehmomenterzeugung beeinflusst wird, aber es wäre einfach, die Gegen-EMK zu messen.

Wenn Sie Gewicht reduzieren müssen, wäre ein besserer Ansatz, stärkere Magnete zu verwenden (damit sie kleiner sein können) und die Eisenpfade durch magnetisches Material (z. B. ein Halbach-Array-Muster) zu ersetzen. Eisenpfade sind so etwas wie Rohrleitungen für Flussmittel, sodass das Ersetzen durch aktives magnetisches Material den Anteil der Motormasse, der „Rohrleitungen“ ist, wesentlich reduziert. Die ultimative Verkörperung dieser Prinzipien ist der kernlose Motor, bei dem es sich um eine zwischen zwei Magneten aufgehängte Kupferspule handelt. Diese Motoren haben eine sehr hohe Leistungsdichte.

Ich würde mir jedoch vorstellen, dass jede andere Änderung als das Entfernen des Gehäuses für Ihre Situation zu schwierig sein wird, sodass Sie sich möglicherweise nach alternativen Motoren umsehen müssen.

Danke Jon für deine Antwort. Sie fragen sich, ob Sie Hinweise auf zuverlässige Quellen haben, wo ich mehr darüber lesen kann? Ich dachte über die Konstruktion eines elektromagnetischen Aktuators nach, der weniger als ein halbes Gramm wiegt, und fragte mich, wie Sie die minimale Dicke der äußeren Metallhülle für eine maximale Drehmomenteffizienz berechnen würden.
Eine gute Erklärung zu kernlosen Motoren gibt es hier: robotpark.com/Coreless-Motors
@ user1628671 Ich würde das Buch von Duane Hanselman (Brushless Permanent Magnet Motor Design) als hervorragende Einführung in elektromagnetische Aktuatoren empfehlen. Die ersten paar Kapitel gehen in einem gut strukturierten Format auf die Grundlagen und die Magnetkreisanalyse ein und halten sich von komplizierter Mathematik bis später fern. Im Vergleich zu den vielen jargon-/mathematiklastigen Texten zu diesem Thema ist es recht einfach zu verstehen. Sie können auch einige gute PDFs zum Design von Magnetkreisen finden, aber sie können ziemlich verwirrend sein, wenn Sie nicht bereits eine allgemeine Vorstellung davon haben, was vor sich geht.
Übrigens hast du ein Bild vom zerlegten GM15? Vielleicht kann ich Bereiche des Gehäuses vorschlagen, die Sie bearbeiten können.