Magnetische Aktoren und Motortechnologien

Magnetische Aktoren verwenden die Kraftwirkung im magnetischen Feld, um Kräfte zu erzeugen und die Bewegung eines Teils des Aktors anzutreiben.  

Eine erste große Familie von magnetischen Aktoren basiert auf den Magnetkräften, die auf Entfernung arbeiten, den Laplace-Lorentz Kräften und den Reluktanzkräften. Linearantriebe bieten Hublängen einer Reichweite von 1 bis 20mm, und arbeiten komplementär zu Piezoaktoren. Sie können in 3 Klassen unterteilt werden:

• Tauchspulenaktoren: Eine in einem statischen Magnetfeld platzierte mobile Spule, die vom Strom angetrieben wird, ist der Wirkung der Laplace-Lorentz Kraft ausgesetzt. Diese Kraft ist proportional zum induzierten Strom. So können diese Aktoren gesteuert werden. Da ihre erste Anwendung in Lautsprechern erfolgte, werden sie auch Schwingspulen genannt. Cedrat hat Schwingspulen für verschiedene Kraftfahrzeug-, Industrie und Raumfahrtanwendungen entwickelt.
• Aktoren nach dem Moving-Magnet-Prinzip: Ein sich bewegender Permanentmagnet, der zwischen zwei Magnetpolen sitzt, kann unter Zuhilfenahmen von Spulen von einem Pol zum anderen geschaltet werden. Solche Aktoren, die nach dem Moving-Magnet-Prinzip arbeiten, sind bistabil. Sie zeigen hohe Kräfte, lassen sich aber weniger gut steuern. Cedrat hat Miniaturgeräte für Verriegelungen und haptische Anwendungen entwickelt.
• Elektromagnetische Aktoren: Ein weiches magnetisches Teil in einem Spulensystem wird sich naturgemäß in einer Art und Weise bewegen, die die Magnetkraft des Systems minimiert. Bei Standardelektromagneten ist diese Reluktanzkraft größer als die Laplace-Lorentz-Kraft, aber sie ist nur anziehend und demnach nicht steuerbar. Neue ansteuerbare elektromagnetische Aktoren, so genannte MICA, die dank Oseo von Cedrat entwickelt wurden, sind innovative mit Verzögerung arbeitende (polarisierte) elektromagnetische Aktoren, bei denen die Kraft über die gesamte Hublänge umgekehrt werden kann. Sie werden zum Beispiel für die Erzeugung von Schwingungen oder die aktive Dämpfung in eingebetteten Anwendungen verwendet. Sie bieten eine größere Hublänge als Piezoaktoren. Sie bieten größere Kräfte und erhitzen weniger als Tauchspulenaktoren.

Eine zweite Familie magnetischer Aktoren basiert auf der magnetischen Steuerung aktiver Werkstoffe. Zwei Arten werden bei Cedrat für innovative Geräte eingesetzt:

• Magnetostriktive Aktoren: Diese Aktoren machen sich die magnetostriktive Wirkung zu nutzte, die in der Verformung eines magnetostrikiven Werkstoffs besteht, wenn dieses einem Magnetfeld ausgesetzt wird. Die magnetostriktive Verformung von Terfenol-D kann Dehnungswerte von 1600ppm erreichen. Dieser aktive Werkstoff wird somit eine interessante Konkurrrenz für piezoelektrische Keramiken für leistungsstarke Wandler oder Niedervoltaktoren.
• Aktoren auf der Basis magnetorheologischer Fluide (MRF-Aktor): Magnetorheologische Fluide (MRF) können sich verfestigen, wenn sie auf ein Magnetfeld stoßen. Diese Wirkung kann für die Herstellung verschiedener, MRF-basierter Aktoren verwendet werden: Ventile, Bremsen, Kupplungen, halbaktive Dämpfer, intelligente hydrostatische / hydrodynamische Lager…

Eine dritte Familie der magnetischen Aktoren umfasst elektromagnetische Motoren, die auch rotierende elektrische Maschinen genannt werden. Diese Familie ist sehr groß. Cedrat entwickelt hauptsächlich kleine elektrische Motoren, vor allem bürstenlose DC-Motoren (BLDC-Motoren) und Schrittmotoren.

Diese Technologien werden in den folgenden Beispielen vorgestellt. Für Linear-Magnetantriebe finden Sie weitere Hinweise im Katalog für neue Magnetantriebe.