Bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) – Aufbau und Funktion

By | September 23, 2022

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Elektromotoren wurden in verschiedenen Spezialtypen entwickelt, wie Schrittmotoren, Servomotoren, Permanentmagnetmotoren usw. Wir haben viele Möglichkeiten, einen Motor auszuwählen, der für unsere Anwendung am besten geeignet ist. EIN Bürstenloser Gleichstrommotor oder BLDC-Motor ist ein Typ, der sich am besten für Anwendungen eignet, die eine hohe Zuverlässigkeit, einen hohen Wirkungsgrad, mehr Drehmoment pro Gewicht usw. erfordern. In diesem Artikel werden BLDC-Motoren ausführlich erläutert.

Aufbau eines BLDC-Motors

Eine Kommutator-Bürsten-Anordnung hilft beim Erreichen eines unidirektionalen Drehmoments in einem typischen Gleichstrommotor. Offensichtlich wird die Kommutator- und Bürstenanordnung in einem bürstenlosen Gleichstrommotor eliminiert. Hier wird ein integrierter Wechselrichter/Schaltkreis verwendet, um ein unidirektionales Drehmoment zu erreichen. Deshalb werden diese Motoren manchmal auch als bezeichnet ‘elektronisch kommutierte Motoren’.

Wie jeder andere Elektromotor besteht auch ein BLDC-Motor aus zwei Hauptteilen, einem Stator und einem Rotor. Auf dem Rotor eines BLDC-Motors sind Permanentmagnete montiert, und der Stator ist für eine bestimmte Polzahl gewickelt. Außerdem ist eine Steuerschaltung mit der Statorwicklung verbunden. Meistens ist der Wechselrichter/Steuerschaltkreis oder Controller in die Statorbaugruppe integriert. Dies ist der grundlegende konstruktive Unterschied zwischen einem bürstenlosen Motor und einem typischen Gleichstrommotor.

Eine typische Steuerung liefert eine dreiphasige frequenzgesteuerte Versorgung der Statorwicklung. Die Versorgung wird durch logische Steuerschaltungen gesteuert und erregt bestimmte Statorpole zu einem bestimmten Zeitpunkt. Dies kann aus den folgenden Animationen zur Funktionsweise von BLDC-Motoren verstanden werden.

Arten von BLDC-Motoren

Es gibt zwei Arten von BLDC-Motoren basierend auf ihrer Konstruktion/Design: (i) Innenrotor-Design & (ii) Außenrotor-Design. Beachten Sie unabhängig von diesen Typen, dass die Permanentmagnete immer auf dem Rotor und die Wicklung auf dem Stator montiert sind.

  1. Innenrotordesign (Innenläufer): Dies ist ein herkömmliches Design, bei dem sich der Rotor im Kern (Mitte) befindet und die Statorwicklung ihn umgibt.
    Innenläufer-BLDC-Motor (Inrunner)
    Innenrotor-BLDC-Motor (Credit: Kaspars Dambis – flickr)
  2. Außenrotordesign (Außenläufer): Bei dieser Konfiguration ist der Rotor außen. dh Statorwicklungen befinden sich am Kern, während der Rotor, der Permanentmagnete trägt, den Stator umgibt.
    Bürstenloser Gleichstrom- oder BLDC-Motor - Außenrotor-Design
    Außenrotor-BLDC-Motor

Wie funktioniert ein BLDC-Motor?

Statorwicklungen eines BLDC-Motors sind mit einer Steuerschaltung (einem integrierten Schaltkreis oder Wechselrichterschaltkreis) verbunden. Die Steuerschaltung erregt die richtige Wicklung zur richtigen Zeit in einem Muster, das sich um den Stator dreht. Permanentmagnete auf dem Rotor versuchen, sich mit den erregten Elektromagneten des Stators auszurichten, und sobald sie sich ausrichten, werden die nächsten Elektromagnete erregt. Der Rotor läuft also weiter. Die folgenden Animationen geben Ihnen eine klare Vorstellung davon ‘Wie funktioniert ein bürstenloser Gleichstrommotor?’

Innenrotor (Inrunner) bldc Motor Arbeitsanimation
Arbeitsanimation des BLDC-Motors mit Innenrotor
bürstenloser BLDC-Motor funktioniert
Arbeitsanimation des Außenrotor-BLDC-Motors

Bürstenloser vs. gebürsteter DC-Motor

  • Bürsten müssen aufgrund von mechanischem Verschleiß häufig ausgetauscht werden, daher erfordert ein Gleichstrommotor mit Bürsten eine regelmäßige Wartung. Auch wenn Bürsten Strom zum Kommutator übertragen, kommt es zu Funkenbildung. Bürsten begrenzen die maximale Drehzahl und die Anzahl der Pole, die der Anker haben kann. All diese Nachteile werden in einem bürstenlosen Gleichstrommotor beseitigt. In einem bürstenlosen Gleichstrommotor ist eine elektronische Steuerschaltung zum Schalten von Statormagneten erforderlich, um den Motor am Laufen zu halten. Dies macht einen BLDC-Motor möglicherweise weniger robust.
  • Vorteile des BLDC-Motors gegenüber Bürstenmotoren sind erhöhte Effizienz, Zuverlässigkeit, längere Lebensdauer, keine Funkenbildung und weniger Lärm, mehr Drehmoment pro Gewicht usw.

Anwendungen von BLDC-Motoren

BLDC-Motoren erfüllen viele Anforderungen, die ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor erfüllt. Aufgrund ihrer aufwendigen Steuerschaltung und aus Kostengründen haben sie bürstenbehaftete DC-Motoren jedoch noch nicht vollständig ersetzt, insbesondere in Low-Cost-Anwendungen. Trotzdem gibt es viele Anwendungen, in denen BLDC-Motoren dominieren –

  • Unterhaltungselektronik – Computerfestplatten, kleine Lüfter, CD/DVD-Player usw. und auch in modernen Geräten, bei denen ein leiser Betrieb erwünscht ist – wie Waschmaschinen, Klimaanlagen usw.
  • Elektrofahrzeuge – Viele Elektrofahrzeuge, einschließlich Elektro- und Hybridautos, Elektrofahrräder verwenden BLDC-Motoren.
  • Sie haben ein breites Anwendungsspektrum in vielen anderen Bereichen, einschließlich Robotik, Industrie, Bewegungssteuerungssysteme usw.