Was ist ein bürstenloser Motor?
Ein bürstenloser Motoren ist ein Motor, bei dem der Kommutator, die Bürsten und andere mechanische Kontaktteile entfernt wurden. Der Kommutator und die Bürsten werden durch eine elektronische Schaltung ersetzt, die an die Stelle des Kommutators tritt. Bei Gleichstrommotoren treibt die Magnetkraft des Statorwicklungskreises den Permanentmagnetrotor an. Der Strom wird von Sensoren und Halbleiterschaltern geschaltet, um den Motor zu drehen.
Sie weisen die Merkmale von Gleichstrommotoren auf, da der Strom proportional zum Drehmoment und die Spannung proportional zur Drehzahl ist, während die Struktur die besten Eigenschaften beider – der Wechselstrommotoren – in sich vereint. Sie sind klein, haben eine hohe Leistung, einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer. Sie erzeugen keine Funken und keinen Lärm und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von Computern bis zu Haushaltsgeräten.
Anwendungen für bürstenlose Motoren
Bürstenlose Motoren haben die Eigenschaften von Gleichstrommotoren und zeichnen sich durch hohe Effizienz, lange Lebensdauer und geringe Geräuschentwicklung aus. Sie werden häufig in Haushaltsgeräten, elektronischen Geräten und Fahrzeugen eingesetzt. In Haushaltsgeräten werden sie in Lüftermotoren und Antriebsmotoren für Klimaanlagen, Geschirrspüler, Waschmaschinen, Kühlschränke, Ventilatoren, Staubsauger, etc. eingesetzt. Sie sind ideal für Kompressoren in invertergesteuerten Klimaanlagen und Kühlschränken.
In der professionellen Elektronik werden sie in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. in Papiervorschüben für Laserdrucker, Propellerantrieben und Kardansteuerungen für Drohnen, Festplatten und optischen Festplatten sowie Antrieben für Bohrer, Schraubendreher und Sägen für Werkzeuge. Sie werden auch in Verkaufsautomaten, Finanzterminals und Fahrkartenautomaten sowie in Fotokopiergeräten, Warmwasserbereitern und Kühlvitrinen eingesetzt.
Darüber hinaus nimmt ihr Einsatz im Automobilsektor rapide zu. Die Anwendungen erweitern sich auf Antriebsmotoren für elektrische Servolenkungen, Türverriegelungen, die optische Achsenverstellung von Scheinwerfern, das Öffnen und Schließen von Türen, Klimakompressoren für Elektrofahrzeuge und Traktionsmotoren für Elektrofahrzeuge.
Funktionsweise der bürstenlosen Motoren
Bürstenlose Motoren bestehen aus einem Rotor und einem Stator, einem Sensor zur Erfassung der Rotationsposition des Rotors und einer Treiberschaltung für den Antrieb.
1. Rotor und Stator
Der Rotor erzeugt mit Hilfe von Permanentmagneten ein Magnetfeld, während der Stator mit Wicklungen versehen ist, um einen magnetischen Fluss zu erzeugen. Je nach Drehwinkel des Rotors wird die Richtung des Stroms in den Statorspulen geändert, um die Richtung des magnetischen Flusses zu ändern. Bürstenlose Motoren verwenden Sensoren und Halbleiterschalter anstelle von Kommutatoren und Bürsten, um die Richtung des magnetischen Flusses zu ändern.
2. Erfassung der Rotationsposition des Rotors
Hall-ICs oder optische Encoder werden als Sensoren zur Erfassung der Rotationsposition des Rotors verwendet. Eine andere Methode ist die Erfassung der Gegen-EMK. Der Rotor wird gedreht, indem die Position des Rotors erfasst und der Strom so geschaltet wird, dass die Richtung des magnetischen Flusses im Stator sequentiell fortschreitet. Wenn die Motorwicklung dreiphasig ist, werden drei Sensoren im Stator platziert und ein digitales Signal wird ausgegeben, wenn sich der Rotor dreht.
3. Antriebstreiber
Bürstenlose Motoren benötigen einen Invertertreiber, um den Motor als Stromquelle zu steuern. Ein Schalttransistor wird an die Motorwicklung angeschlossen und sechs Transistoren bilden den Wechselrichter. Die handelsübliche Stromversorgung wird durch eine Diodenbrücke gleichgerichtet, um sie in eine Gleichspannung umzuwandeln, die dann an die Umrichterschaltung geliefert wird.
Ein digitales Signal vom Sensor zur Erkennung der Rotorposition wird in die Transistoren der Wechselrichterschaltung eingegeben und schaltet die Stromversorgung des Wechselrichters ein und aus. Dieser Strom wird in die Motorwicklungen eingespeist und treibt den Motor an. Der magnetische Polwinkel des Rotors wird aus einer Kombination von Signalen der Sensoren ermittelt, und die Transistoren in den Wicklungen, in denen ein Drehmoment erforderlich ist, werden so gesteuert, dass ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird.
Die Drehzahl des Motors wird von den Sensorsignalen an den Steuerkreis zurückgemeldet, damit eine bestimmte Drehzahl beibehalten werden kann.
Weitere Informationen zu bürstenlosen Motoren
Merkmale der bürstenlosen Motoren
1. Lange Lebensdauer
Bürstenlose Motoren haben aufgrund des Fehlens von Kommutator und Bürsten sowie des Fehlens von gleitenden Teilen eine lange Lebensdauer. Sie halten 10 Mal länger als Bürstenmotoren und sind einfacher zu warten.
2. Eigenschaften des Motors
Der Motor hat die Eigenschaften eines Gleichstrommotors, bei dem Strom und Drehmoment sowie Spannung und Drehzahl proportional sind und auch bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment erreicht werden kann. Er hat im Vergleich zu anderen Motoren den höchsten Wirkungsgrad und eignet sich aufgrund seiner geringen Größe und seines geringen Geräuschpegels für eine Vielzahl von Anwendungen. Auch hohe Drehzahlen sind problemlos möglich, und die Geräuschentwicklung ist gering.
3. Kontrollierbarkeit
Aufgrund der geringen Größe und des geringen Gewichts sowie des relativ kleinen Trägheitsmoments sind sie hervorragend in der Lage, Veränderungen zu folgen. Selbst wenn sich die Last ändert, ist ein Betrieb mit stabiler Geschwindigkeit von niedriger bis hoher Geschwindigkeit möglich.
4. Nachteile
Erfordert eine Umrichterschaltung zur Steuerung der Motordrehung als Stromquelle für den Motor. Die Kosten für das gesamte Gerät, einschließlich der Steuereinheit und des Drehstellungssensors, sind ungünstig.