Im Zuge der technologischen Weiterentwicklung von Elektromotoren gewinnen PCB-Motoren als innovativer Zweig der Motoren mit axialem Magnetfluss zunehmend an Aufmerksamkeit in der Branche. Ihr wesentliches Merkmal besteht darin, dass der herkömmliche Stator mit Eisenkern durch eine Leiterplatte ersetzt wird. Die Wicklungen werden direkt auf die Leiterplatte aufgebracht und bilden zusammen mit dem beidseitigen, axialen Permanentmagnet-Rotor eine scheibenförmige “Sandwich”-Struktur. Je nach Leistungsbedarf können zudem mehrere Statormodule übereinandergeschichtet werden, um die Ausgangsleistung zu erhöhen.
Was die Funktionsweise betrifft, entsprechen PCB-Motoren den herkömmlichen Motoren mit axialem Magnetfluss: Permanentmagnete erzeugen ein axiales Magnetfeld, das mit dem Strom in den Statorwicklungen des PCB-Motors in Wechselwirkung tritt und ein elektromagnetisches Drehmoment erzeugt, das den Rotor in Drehung versetzt. Durch die veränderte Bauweise bieten sie sowohl hinsichtlich der Leistung als auch der Fertigung zahlreiche entscheidende Vorteile.
Erstens: Höhere Energieumwandlungseffizienz. Die Anordnung der Statorwicklungen auf der Leiterplatte lässt sich mithilfe von Schaltplan-Design-Software präzise optimieren, wodurch Endverluste und Interferenzen zwischen den Wicklungen reduziert und die Gesamtenergieeffizienz des Motors gesteigert werden. Zweitens: Deutliche Gewichtsersparnis. Durch den Verzicht auf die herkömmliche, schwere Eisenkernkonstruktion wird das Gesamtgewicht des Motors erheblich reduziert, was die Eignung für gewichtssensible Anwendungsbereiche verbessert. Drittens ist der Betriebsgeräuschpegel gering. Da der Zahnlückeneffekt eines Eisenkerns entfällt, werden elektromagnetische Geräusche und Vibrationen während des Betriebs deutlich gedämpft, was einen nahezu geräuschlosen Betrieb ermöglicht. Viertens ist die Zuverlässigkeit höher. Die Statorwicklungen sind integral in die Leiterplatte (PCB) eingegossen, und der Fertigungsprozess ist hochgradig automatisiert, wodurch häufige Fehler wie lockere Wicklungen oder Kontaktstörungen bei herkömmlichen Wicklungen wirksam vermieden werden. Fünftens: Hohe Flexibilität bei der Konstruktion. PCB-Statorlösungen lassen sich je nach Leistungs- und Größenanforderungen schnell anpassen, was die Produktiterationszyklen verkürzt.
Aus fertigungstechnischer Sicht durchbrechen PCB-Motoren das traditionelle Produktionsmodell, bei dem herkömmliche Motoren auf gestanzte Eisenkerne und manuelle Wicklungen angewiesen sind. Der Stator kann wie eine gewöhnliche Leiterplatte in großem Maßstab und mit hoher Präzision serienmäßig hergestellt werden, was den Fertigungsprozess erheblich vereinfacht und die Produktionseffizienz steigert.
Als neuartige Motorkonstruktion erfordert die serienmäßige Einführung von PCB-Motoren eine gleichzeitige Weiterentwicklung der zugehörigen Montageverfahren. Die Kontrolle der Koaxialität von mehrschichtigen Stator und Rotor, die Gewährleistung eines gleichmäßigen Luftspalts sowie die Montagegenauigkeit der Rotormagnete sind allesamt entscheidende Faktoren, die die endgültige Leistung beeinflussen. Für die Montageanforderungen dieser Art von Scheibenmotoren bietet Jiuju automatisierte Montagelösungen speziell für PCB-Motoren an. Diese decken Kernprozesse wie die Präzisionsbestückung der Rotormagnete, die Laminierung von Stator und Rotor sowie die Inline-Leistungsprüfung ab. So werden die Montagegenauigkeit und die Produktkonsistenz in der Serienfertigung gewährleistet und die industrielle Umsetzung dieser neuen Motortechnologie durch entsprechende Prozessausrüstung unterstützt.
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Draußen vor der Werkhalle herrscht reges Treiben am Versandplatz. Nach mehreren Runden Maschinenabnahme, Simulationsprüfung der Serienproduktion und Werksqualitätskontrolle hat eine automatische Montagelinie für Gleichstrommotoren von Jiuju den gesamten Werksausgangsprozess abgeschlossen, wurde termingerecht verladen und macht sich nun auf den Weg zum Produktionsstandort des Kunden, um dessen Projekt planmäßig in die Fertigung zu bringen.
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Während Elektrofahrzeuge und Roboter alle Blicke auf sich ziehen, kommen in industriellen Anwendungsbereichen wie Aufzugsmotoren, Ventilatoren und Pumpen still und leise Axialflussmotoren zum Einsatz. Hier geht es nicht um beeindruckende technische Daten, sondern um die Stromrechnung und die Zuverlässigkeit im Serienbetrieb.
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Das Grundprinzip des Axialflussmotors lässt sich auf das Faraday-Scheiben-Experiment zurückführen, doch aufgrund der Herstellungsverfahren fand er lange Zeit keinen Einzug in den Mainstream der Automobilindustrie. Der Artikel beleuchtet die Entstehung dieser alten Technologie in Verbindung mit neuen Fertigungsverfahren.
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