Ein BLDC-Motor (bürstenloser Gleichstrommotor) ist ein rotierender Motor mit Permanentmagneten im Rotor und Wicklungen im Stator. Der BLDC-Motor ersetzt den mechanischen Kommutator eines bürstenbehafteten Gleichstrommotors durch einen elektrischen Kommutator. Die Stromversorgung erfolgt über ein integriertes Wechselrichter-/Schaltnetzteil mit Gleichstromversorgung, das ein Wechselstromsignal zum Antrieb des Motors erzeugt. BLDC-Motoren zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine gute Bedienbarkeit aus und werden aufgrund ihres geringen Stromverbrauchs häufig in verschiedenen Antriebssystemen eingesetzt.
Gleichstrommotor (Bürstenmotor)
Eine Spule befindet sich in einem Magnetfeld. Durch Stromfluss wird die Spule vom Magnetpol auf der einen Seite abgestoßen und vom Magnetpol auf der anderen Seite angezogen und dreht sich dadurch kontinuierlich. Der während der Rotation in die Spule zurückfließende Strom hält diese in Rotation. Der Kommutator des Motors wird von den Bürsten angetrieben, die sich oberhalb des Kommutators befinden und sich mit der Rotation kontinuierlich bewegen. Durch Positionsänderung der Bürsten kann die Stromrichtung geändert werden. Kommutator und Bürsten sind für die Rotation von Gleichstrommotoren unverzichtbar.
Bürstenloser Gleichstrommotor
Brushless bedeutet bei BLDC-Motoren „bürstenlos“, d. h., Gleichstrommotoren (Bürstenmotoren) besitzen keine Bürsten. Die Aufgabe der Bürsten in Gleichstrommotoren besteht darin, die Spulen im Rotor über den Kommutator zu erregen. BLDC-Motoren hingegen verwenden Permanentmagnete für den Rotor, der keine Spulen enthält.
Der Gleichstrommotor (Bürstenmotor) verfügt über ein Magnetfeld, das von einem festen, unbeweglichen Permanentmagneten erzeugt wird. Die Rotation erfolgt durch Steuerung des von der Spule (Rotor) erzeugten Magnetfelds. Die Drehzahl wird durch Spannungsänderung verändert. Der Rotor des BLDC-Motors ist ein Permanentmagnet und dreht sich durch Richtungsänderung des von der umgebenden Spule erzeugten Magnetfelds. Die Rotorrotation wird durch Richtung und Stärke des zur Spule fließenden Stroms gesteuert.
Vorteile von BLDC-Motoren
BLDC-Motoren besitzen mehr als drei Spulen am Stator, mit jeweils zwei Drähten pro Spule, sodass der Motor insgesamt mindestens sechs Anschlussdrähte hat. Aufgrund der internen Verdrahtung werden in der Regel nur drei Drähte benötigt, aber immer noch ein Draht mehr als beim zuvor beschriebenen Gleichstrommotor (Bürstenmotor), der sich nicht durch die Verbindung der Plus- und Minuspole der Batterie bewegt. Dank des hohen Wirkungsgrads kann die Drehkraft (das Drehmoment) stets auf dem Maximum gehalten werden. Bei Gleichstrommotoren (Bürstenmotoren) kann die Rotation bei maximalem Drehmoment nur kurzzeitig und nicht dauerhaft aufrechterhalten werden. Um ein ähnliches Drehmoment wie ein BLDC-Motor zu erreichen, muss der Magnet verstärkt werden. Daher kann selbst ein kleiner BLDC-Motor eine hohe Leistung abgeben. Dank guter Steuerung erreicht der BLDC-Motor das gewünschte Drehmoment und die gewünschte Drehzahl ohne Abweichungen. Die Zieldrehzahl und das Drehmoment lassen sich präzise zurückmelden, und die Wärmeentwicklung sowie der Stromverbrauch des Motors lassen sich durch präzise Steuerung reduzieren. Bei Batteriebetrieb kann die Betriebszeit durch gute Steuerung verlängert werden. Langlebig und geräuscharm. Gleichstrommotoren (Bürstenmotoren) weisen aufgrund des Kontakts zwischen Bürsten und Kommutator über längere Zeit Verluste auf. Die Kontaktteile erzeugen zudem Funken, insbesondere wenn der Spalt zwischen Kommutator und Bürsten die Bürsten berührt. Dies führt zu starken Funken und Geräuschen. Wenn Sie Geräusche vermeiden möchten, sollten Sie einen BLDC-Motor in Betracht ziehen.
Anwendungen von BLDC-Motoren
Wofür werden BLDC-Motoren mit hohem Wirkungsgrad, vielfältigen Steuerungsmöglichkeiten und langer Lebensdauer eingesetzt? Sie werden häufig in Produkten eingesetzt, die von ihrem hohen Wirkungsgrad und ihrer langen Lebensdauer profitieren und im Dauerbetrieb eingesetzt werden. Beispielsweise werden BLDC-Motoren seit kurzem in Elektrogeräten und Ventilatoren eingesetzt und konnten dank ihres hohen Wirkungsgrads den Stromverbrauch deutlich senken. Durch eine Änderung des Steuerungssystems konnte die Drehzahl deutlich erhöht werden. Staubsauger zeigen die gute Steuerung des BLDC-Motors. Auch Festplatten, wichtige Speichermedien, nutzen BLDC-Motoren für ihre rotierenden Teile. Da diese Motoren lange laufen müssen, ist ihre Langlebigkeit wichtig. Der Stromverbrauch ist extrem niedrig, und ein hoher Wirkungsgrad ist auch mit einem niedrigen Stromverbrauch verbunden.
Fazit
Bürstenlose Motoren bieten gegenüber bürstenbehafteten Gleichstrommotoren viele Vorteile: ein besseres Drehmoment-Gewichts-Verhältnis, ein höheres Drehmoment (höherer Wirkungsgrad), höhere Zuverlässigkeit, geringere Geräuschentwicklung, eine längere Lebensdauer (bei bürstenlosen Motoren und bei Kommutatorkorrosion), die Vermeidung ionisierender Funken durch den Kommutator und eine allgemeine Reduzierung elektromagnetischer Störungen. Da die Wicklungen im Gehäuse untergebracht sind, können sie durch Wärmeleitung gekühlt werden, wodurch ein Luftstrom im Motor zur Kühlung entfällt. Dadurch kann das Motorinnere vollständig geschlossen werden, um das Eindringen von Staub oder anderen Fremdkörpern zu verhindern. BLDC-Motoren eignen sich hinsichtlich der Kraftregelung besser für kleine Roboter. Wenn Schrittmotoren verwendet werden, erfordert die Fixierung einer Struktur wie beispielsweise eines Roboterhandgelenks in einer bestimmten Position BLDC-Motoren. Diese eignen sich auch für den Einsatz in Drohnen, insbesondere solchen mit mehrachsigen Gestellen, da die Fluglage durch Änderung der Anzahl der Propellerumdrehungen gesteuert werden kann. Daher sind BLDC-Motoren, die die Drehung präzise steuern können, von Vorteil.
