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Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC engl. brushless DC motors) werden in verschiedenen Branchen weltweit immer beliebter. Obwohl traditionelle Bürstenmotoren immer noch weit verbreitet sind, werden sie zunehmend durch bürstenlose Motoren ersetzt. Ein bürstenloser Gleichstrommotor unterscheidet sich von einem Bürstenmotor dadurch, dass er keine Bürsten hat.
Grundlegende Informationen über bürstenlose Motoren
Der BLDC-Motor zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus, der 85-90% erreicht, während Bürstenmotoren Wirkungsgrade von 75-80% erreichen. Das Fehlen von Bürsten beseitigt das Problem des Bürstenverschleißes und der potenziell gefährlichen Funkenbildung, die die Lebensdauer von Bürstenmotoren begrenzt. Bürstenlose Motoren sind leiser, leichter und haben eine viel längere Lebensdauer. Sie haben viele Vorteile gegenüber anderen Arten von Elektromotoren. Was genau ist ein bürstenloser Gleichstrommotor? Wie funktioniert er und wofür wird er verwendet?
Wie funktioniert ein bürstenloser Motor?
Um die Funktionsweise bürstenloser Motoren zu verstehen, ist es sinnvoll, sich zunächst die Funktionsweise eines DC-Bürstenmotors vor Augen zu führen. Bei einem Bürstenmotor fließt der elektrische Strom durch Spulen, die sich in einem konstanten Magnetfeld befinden. Der Strom erzeugt in den Spulen ein Magnetfeld, das den Rotor in Drehung versetzt, da die Spulen von den festen Magnetpolen angezogen und abgestoßen werden.
Um eine kontinuierliche Rotation aufrechtzuerhalten, muss der Strom in den Spulen umgekehrt werden, was durch den Kommutator und die Bürsten geschieht. Der Kommutator dreht sich zusammen mit dem Rotor und ändert die Richtung des durch die Spulen fließenden Stroms, was zu einer kontinuierlichen Umpolung führt.
Im Gegensatz zu Bürstenmotoren werden bei BLDC-Motoren keine Bürsten verwendet. Bei einem Bürstenmotor liefern die Bürsten über einen Kommutator Strom an den Rotor. Bei einem BLDC-Motor befinden sich die Spulen auf dem Stator und der Rotor ist ein Permanentmagnet. Da die Spulen stationär sind, werden keine Bürsten oder ein Kommutator benötigt. Die Statorspulen werden von einer Steuerung mit Strom versorgt, die ihr Ein- und Ausschalten präzise steuert, wodurch sich der Rotor dreht.
Konstruktion eines bürstenlosen BLDC-Motors
Stator
Der Stator ist der stationäre Teil des Motors, in dem die Spulen untergebracht sind. Bei einem BLDC-Motor ist der Stator für die Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes verantwortlich, das den Rotor in Drehung versetzt. Die Statorspulen sind in einem dreiphasigen System verbunden, das eine gleichmäßige Steuerung von Drehmoment und Drehzahl des Motors ermöglicht.
Rotor
Der Rotor ist der bewegliche Teil des Motors, der aus Permanentmagneten besteht. Die Magnete sind so um den Rotor herum angeordnet, dass sie ein starkes Magnetfeld erzeugen, das mit dem von den Statorspulen erzeugten Feld interagiert und den Rotor in Drehung versetzt.
Controller
Der Controller ist eine elektronische Schaltung, die den Betrieb des BLDC-Motors steuert. Der Controller steuert die Ein- und Ausschaltsequenz der Statorspulen, um eine präzise Steuerung von Drehmoment und Motordrehzahl zu gewährleisten. Dank der Steuerung kann der BLDC-Motor mit hoher Effizienz und Präzision arbeiten.
Vorteile des bürstenlosen BLDC-Motors
BLDC-Motoren zeichnen sich durch eine hohe Effizienz aus, da sie kontinuierlich mit maximaler Rotationskraft (Drehmoment) arbeiten können. Im Gegensatz zu Bürstenmotoren, die ihr maximales Drehmoment nur bei Nenndrehzahl erreichen, können BLDC-Motoren die volle Leistung über einen breiten Drehzahlbereich liefern.
BLDC-Motoren können durch fortschrittliche Rückkopplungsmechanismen gesteuert werden, um genau das gewünschte Drehmoment und die gewünschte Geschwindigkeit zu liefern. Dies reduziert den Energieverbrauch und die Wärmeentwicklung und verlängert die Lebensdauer der Batterien.
Wie wählen Sie einen bürstenlosen Motor für ein bestimmtes Projekt aus?
Die Auswahl des richtigen bürstenlosen Gleichstrommotors (BLDC) für ein bestimmtes Projekt erfordert die Berücksichtigung einer Reihe von Schlüsselparametern, die die Leistung des Motors und seine Kompatibilität mit der Anwendung beeinflussen.
Drehmoment
Das Drehmoment ist einer der wichtigsten Parameter, die bei der Auswahl eines BLDC-Motors zu berücksichtigen sind. Es bestimmt die Fähigkeit des Motors, Rotationskraft zu erzeugen. Es ist wichtig, dass das Motordrehmoment ausreichend ist, um die Last in der Anwendung anzutreiben.
- Ein niedriges Drehmoment ist ideal für Anwendungen mit geringer Last, wie z.B. Ventilatoren oder kleine tragbare Geräte.
- Ein hohes Drehmoment ist unerlässlich für Anwendungen, die hohe Kräfte erfordern, wie z.B. Antriebe in Elektrofahrzeugen, Industriemaschinen oder Robotern.
Geschwindigkeit
RPM (Revolutions Per Minute) bestimmt, wie schnell sich der Rotor des Motors drehen kann. Die Wahl der geeigneten Geschwindigkeit hängt von den Anforderungen der Anwendung ab.
- Eine hohe Drehgeschwindigkeit eignet sich für Anwendungen, bei denen ein schneller Betrieb erforderlich ist, wie z.B. bei Elektrowerkzeugen und Staubsaugern.
- Eine niedrige Drehgeschwindigkeit ist besser für Anwendungen geeignet, die eine hohe Leistung bei niedriger Geschwindigkeit erfordern, wie z. B. Pumpen oder Seilzüge.
Versorgungsspannung
Die Versorgungsspannung (Voltage) ist ein Parameter, der festlegt, welche Spannung für die Stromversorgung des Motors erforderlich ist. BLDC-Motoren können je nach Ausführung mit unterschiedlichen Spannungen arbeiten.
- Eine niedrige Spannung wird normalerweise für kleine, tragbare, batteriebetriebene Geräte verwendet.
- Eine hohe Spannung wird in größeren Systemen wie Elektrofahrzeugen oder Industrieanlagen verwendet.
Stromverbrauch
Die Stromaufnahme bestimmt, wie viel Strom der Motor während des Betriebs verbraucht. Es ist wichtig, dass das Stromversorgungssystem die richtige Strommenge an den Motor liefern kann.
- Ein niedriger Stromverbrauch ist bei batteriebetriebenen Anwendungen wichtig, um die Betriebszeit mit einer einzigen Ladung zu verlängern.
- Für stromhungrige Anwendungen kann eine hohe Stromaufnahme erforderlich sein, aber dafür ist ein geeignetes Netzteil erforderlich.
Größen
Die Abmessungen und das Gewicht des Motors sind wichtig für Anwendungen , bei denen Platz und Gewicht begrenzt sind.
- Ein kompakter und leichter Motor ist ideal für Drohnen, Unterhaltungselektronik und mobile Geräte.
- Ein großer und schwerer Motor wird für Anwendungen verwendet, bei denen das Gewicht nicht entscheidend ist, aber mehr Leistung benötigt wird, wie z.B. bei Industriemaschinen.
