antriebstechnik 3/2025

SENSORIK UND

SENSORIK UND MESSTECHNIKINTEGRIERT IN FLACHE DC-MOTORENINDUKTIVE ENCODER,DIE PLATZSPARENDE ALTERNATIVEEine präzise Messung der Motordrehzahl und -position ist für vieleAnwendungen essenziell. Die Bauweise der Sensoren spielt dabei eineentscheidende Rolle. Sie beeinflusst sowohl die Präzision als auch dieZuverlässigkeit. Induktive Sensoren können hier klare Vorteile gegenüberoptischen und magnetischen Encodern bieten. Das gilt besonders in derRobotik und Medizintechnik, wo Baugröße und Form oftmals wichtigeKonstruktionsaspekt darstellen. Der Beitrag erklärt, wie induktive Encoderfunktionieren und wie ihre Integration in bürstenlose DC-Motoren gelingt.Bei typischen Encoder-Anwendungen spielt die zusätzlicheLänge durch den Sensor meist eine untergeordneteRolle. Zur Ermittlung der Drehzahl und/oder Positiondes Motors kommen dabei verschiedene Sensortechnologieninfrage. Flache BLDC- oder „Pancake“-Motoren werdenhier aber gerade wegen ihres geringen Platzbedarfs ausgewählt.Herkömmliche Encoder würden diesen Vorteil wieder zunichtemachen.MIKROMETERGENAUE STEUERUNGHandgeführte chirurgische Geräte, Medizinroboter und andereminiaturisierte Motionsysteme benötigen kompakte Motorantriebefür präzise Bewegungen. Hierbei sind Encoder unerlässlich,denn sie liefern das Feedback für eine mikrometergenaueSteuerung. Induktive Encoder ermöglichen hochpräziseKompakt lösungen und erschließen das volle Potenzial vonBLDC-Motoren.Induktive Encoder arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischenInduktion und verwenden Spulen in Kombination miteinem metallischen Target zur Bestimmung von Position undDrehzahl. Dieser grundlegende Unterschied zu optischen odermagnetischen Encodern hat mehrere Vorteile, von denen dieLeistung von BLDC-Motoren unmittelbar profitiert.Wenig Platz ist in der modernen Technik eine ständige Herausforderung.Induktive Encoder sind in der Regel kleiner und leichterals optische Encoder. Daher eignen sie sich besonders fürAnwendungen, bei denen jeder Millimeter zählt. Durch ihrenkompakten Formfaktor lassen sie sich ohne Leistungseinbußenauf kleinstem Raum unterbringen.Sayali Shinde, Produktentwicklerin bei Portescap, West Chester, PA, USABAUARTBEDINGTE VORTEILEDie punktgenaue Positionierung wie bei Roboterarmen oderCNC-Maschinen setzt höchste Präzision voraus. Induktive Encoderliefern hochauflösendes Feedback zur flüssigen und präzisenSteuerung von BLDC-Motoren. Dies führt zu höherer Effizienz,besserer Produktqualität und weniger Fehlern im Betrieb.Induktive Sensoren erreichen sehr schnelle Reaktionszeiten,weil sich Positions- oder Drehzahländerungen unmittelbar aufdie induzierten Wirbelströme auswirken und damit direkt auf dieInduktivität der Sensorspule. Dieses direkte Zusammenspiel vonFeld und Objekt ermöglicht Erkennung und Feedback in Echtzeit.Darüber hinaus sind induktive Sensoren dank ihrer Bauartäußerst langlebig und resistent gegen Umgebungsfaktoren wieStaub, Schmutz und Feuchtigkeit. Da die induktiven Kodiermechanismenohne physischen Kontakt auskommen, minimiert sichder Verschleiß. Dies verlängert die Lebensdauer des Encoders.Induktive Encoder sind bauartbedingt widerstandsfähigergegen über elektromagnetischen Störungen als magnetische Encoder.Das liegt an ihrer hohen Betriebsfrequenz. Dies macht siezu einer besonders stabilen und zuverlässigen Option für einehochpräzise Motorsteuerung.AUFBAU UND FUNKTIONSWEISEDie Vorteile induktiver Encoder ergeben sich aus der innovativenBauweise. Sie bestehen aus zwei Hauptkomponenten: dem Stator(Sensor) mit Primär- und Sekundärspule sowie dem Rotor beziehungsweiseder Kodierscheibe. Die Primärspule erzeugt einhochfrequentes Magnetfeld, typischerweise von 1 bis 2 MHz, dasin der Sekundärspule eine Spannung induziert. Wie hoch die inder Sekundärspule erzeugte Spannung ist, hängt davon ab, wieschnell sich der Strom in der Primärspule ändert. Wenn sich dieMotorwelle dreht, ändert sich die Induktivität; die Frequenz32 antriebstechnik 2025/03 www.antriebstechnik.de

SENSORIK UND MESSTECHNIK01Präzise, kompakt und zuverlässig:Flacher bürstenloser DC-Motor mitintegriertem induktiven Encoder02 Eine fachkundige Unterstützung beider Auswahl der Feedback-Sensorikbeschleunigt die Entwicklung01dieser Änderungen entspricht der Drehzahl. Alternativ kann diese Art vonSensor die exakte Winkelposition messen, indem er die Phase der Induktivitätsschwankungenbei der Wellenrotation genau verfolgt.Die allgemeine Encoderleistung hängt im Wesentlichen von der Gestaltungder Kodierscheibe (Rotor) ab. Sie besteht in der Regel aus einer ringförmigenLeiterplatte mit eingebetteten Kupferstreifen. Diese sind ineinem Muster sehr exakt so angeordnet, dass sie die jeweiligen Anforderungenan die Auflösung und die Motorbaugröße erfüllen. Die exaktePositionierung dieser Kupferstreifen ist enorm wichtig, weil sie unmittelbarenEinfluss auf die Verlässlichkeit und Präzision der vom Encoder geliefertenFeedback-Informationen hat.DIE IDEE02MIT FEEDBACK-SENSORIK ZUM ERFOLGInduktive Sensoren bieten in Anwendungen mit Miniaturmotoren viele Vorteile.Wichtig ist jedoch eine sorgfältige Spezifikation unter Berücksichtigungder Betriebs- und Umgebungsbedingungen. Fachkundige Unterstützungbei der Auswahl der richtigen Feedback-Sensorik sichert den langfristigenAnwendungserfolg und beschleunigt die Produktentwicklung.Die Industrie stellt immer höhere Anforderungen an die Effizienz und Zuverlässigkeitvon Motion-Control-Systemen. Induktive Encoder werden daherimmer attraktiver. Da sie dauerhaft präzises und störungs resistentesFeedback liefern, unterstützen sie eine Vielzahl von Anwendungen – vonder industriellen Automatisierung bis hin zu Elektrofahrzeugen.Bilder: Portescap, Aufmacherbild: hooyah808 – stock.adobe.comwww.portescap.com„Mit induktiven Encodern könnenHersteller die Leistung ihrerBLDC-Motoren steigern, Ausfallzeitenreduzieren und die Zuverlässigkeitdes Gesamtsystems erhöhen.In einer Welt, in der Präzision undEffizienz immer wichtiger werden,sind diese innovativen SensorenWegbereiter für die Zukunft derMotion-Control-Technologie.“Sayali Shinde, Produktentwicklerinbei Portescap