Stapeln und Wickeln – so lässt sich das neue Motorenkonzept eines Antriebsherstellers zusammenfassen. Abwechselnd werden dafür Scheiben mit Wicklung und Scheiben mit Magnetmaterial aneinandergereiht. Das Ergebnis: ein robuster, skalierbarer Gleichstrommotor mit hoher Leistungsdichte.

Dunkermotoren präsentiert einen neuen bürstenlosen Gleichstrommotor mit gestapelten Wicklungen. Er basiert auf einem Axialflussmotor. Bei einem Axialflussmotor bilden sich die magnetischen Felder in axialer Richtung aus, also parallel zur Motorwelle, im Gegensatz zum klassischen, genuteten Aufbau, bei dem sich das Magnetfeld radial ausbildet. Angewendet wird das Axialflussprinzip bereits bei den sogenannten Printed Motors, die unter anderem in der Unterhaltungselektronik eingesetzt werden. Bei diesem Motorkonzept werden mehrere Wicklungsphasen auf eine Trägerscheibe in einem Druckverfahren aufgebracht.

Drei Scheiben für kompletten Motor
Bei dem von Dunkermotoren realisierten Konzept werden dagegen mehrere Scheiben, die abwechselnd sowohl Wicklung als auch Magnetmaterial tragen, hintereinander gestapelt. Dabei wechselt sich immer eine Wicklungsscheibe, welche die Wicklung für eine Motorphase trägt und mit dem Gehäuse fest verbunden ist, mit einer Magnetscheibe, die fest mit der Motorwelle verbunden ist, ab. Die Magnete übertragen das Drehmoment auf die Welle und drehen sich mit dieser mit.
Da der Motor dreiphasig aufgebaut ist, werden mindestens drei solcher Stapel benötigt, um einen funktionsfähigen Motor zu erhalten. Über die Anzahl der Pakete mit je drei Stapeln ist es möglich die Leistungsfähigkeit des Motors bei gleichbleibendem Durchmesser nach oben zu skalieren.
Durch den hohen Wirkungsgrad eignet sich der Motor für den batterie-betriebenen Einsatz. So kann der Motor für Betriebsspannungen von nur 3 V, also zwei Batterien mit 1,5-V-Zellenspannung in Serie geschaltet, ausgelegt werden. Die Überlastfähigkeit wird durch einen hohen Wirkungsgrad und der guten thermischen Anbindung der Wicklung an das Gehäuse unterstützt.

Hohe oder niedrige Drehzahlen: Auslegungssache
Im Leistungs-Nomogramm (s. Abb.) wird die Performance des Gleichstrommotors BGA 22x22 gezeigt. Dargestellt ist die Auslegung für mittlere Drehzahlen an einer 24-V-Betriebsspannung. Bei einer Umgebungstemperatur von 20°C und einer Erwärmung der Wicklung um 100 K bietet der Motor bei einer Nenndrehzahl von 8.000 U/min ein Dauerdrehmoment von 2,1 Ncm. Dies entspricht einer Abgabeleistung von 18 Watt. Wicklungsauslegungen für andere Drehzahlen sind grundsätzlich möglich: Der Motor kann sowohl auf hohe Drehzahlen (bis zu bis 16.000 U/min) als auch auf niedrige Drehzahlen ausgelegt werden. Letztere eignen sich besonders für die Kombination mit Getrieben. Die aktuellen Auslegungen bieten Drehzahlen bis 16.000 U/min.
Der neue Motor BGA 22x22 ist eisenlos aufgebaut. Die eisenlose Bauweise bietet konzeptbedingt Vorteile wie Rastmomentfreiheit und einen vibrationsarmen, leisen Lauf. Der Motor ist mittels Seltenerd-Magneten permanentmagnetisch erregt und die Kommutierung erfolgt elektronisch.
Dunkermotoren hat die Motoren serienmäßig mit drei Hallsensoren ausgestattet, welche die zur Kommutierung erforderliche Rotorlageinformation liefern. Diese können auch zur Drehzahlregelung und zum Positionieren herangezogen werden. Sollten die Hallsensoren für die in der Anwendung geforderte Positioniergenauigkeit nicht ausreichen, ist der Motor mit entsprechenden Gebersystemen zu kombinieren. Die Anschlüsse der Hallsensoren sowie deren Spannungsversorgung und die Anschlüsse der Motorphasen sind über ein Flachbandkabel nach außen geführt. Aus Platzgründen wurde auf einen am Motor angebauten Stecker verzichtet. Es besteht jedoch die Möglichkeit, den Motor mit einem am Flachbandkabel angeschlagenen Stecker ab Werk zu beziehen.

Eigene Wickeltechnik
Die neue Wickeltechnik stellte bei der Entwicklung des Produktes eine große Herausforderung dar. Mangels Angebot an geeigneten Maschinen der klassischen Wickelmaschinenhersteller entschied sich Dunkermotoren dazu, die notwendige Wickeltechnik selbst zu entwickeln und herzustellen. Eine Industrialisierung mit hohem Automatisierungsgrad erfolgt mit steigendem Stückzahlbedarf.
Baudurchmesser von 16 bis 30 mm sind mit dieser Technik attraktiv. Bei kleineren Durchmessern gelten die Spulen als filigran, um die Prozesse wirtschaftlich sinnvoll zu industrialisieren. Bei Durchmessern, die über 30 mm liegen, sind die mit dem Durchmesser quadratisch zunehmenden Massenträgheiten als kritisch für die Anwendung zu bewerten, da sich damit das Dynamikverhalten des Motors negativ verändert. Mit dem bereits realisierten BGA 22x22 hat sich Dunkermotoren mit dem  Durchmesser von 22 mm in die Mitte des Bereiches gelegt, was durch gute Leistungsdaten, insbesondere des Dauerdrehmomentes von 2,1 Ncm, bestätigt wird.