Vorteile eines bürstenlosen Gleichstrommotors

Sep 27, 2020

Mit der Entwicklung der Halbleiterelektronik in den 1970er Jahren wurden Kommutatoren und Bürsten in Gleichstrommotoren eliminiert. Beim bürstenlosen Gleichstrommotor ersetzt das elektronische Servosystem den mechanischen Kommutatorkontakt. Elektronische Sensoren erfassen den Winkel des Rotors und steuern Halbleiterschalter wie Transistorschalter und Strom durch die Spule. Der Gleitkontakt entfällt, so dass der bürstenlose Motor weniger Reibung und längere Lebensdauer hat. Ihre Lebensdauer ist nur durch die Lagerlebensdauer begrenzt.

Das maximale Drehmoment des bürstenlosen Gleichstrommotors wird im Stillstand erzeugt und nimmt mit zunehmender Drehzahl linear ab. Bürstenlose Motoren können einige der Einschränkungen bürstenloser Motoren überwinden. Sie umfassen einen höheren Wirkungsgrad und eine geringere mechanische Verschleißempfindlichkeit. Diese Vorteile gehen zu Lasten einer möglicherweise weniger robusten, komplexeren und teureren Steuerelektronik.

Ein typischer bürstenloser Motor hat einen Permanentmagneten, der sich um den festen Anker dreht, wodurch das Problem der Verbindung des Stroms mit dem beweglichen Anker beseitigt wird. Eine elektronische Steuerung ersetzt den bürstenlosen Gleichstrommotor der Bürsten- / Kommutatorbaugruppe, der die Phasenwicklungen ständig schaltet, um den Motor am Laufen zu halten. Die Steuerung führt eine ähnliche zeitliche Leistungsverteilung durch, indem sie eine Festkörperschaltung anstelle eines Bürsten- / Kommutatorsystems verwendet.

Im Vergleich zum bürstenlosen Gleichstrommotor bietet der bürstenlose Gleichstrommotor mehrere Vorteile, darunter ein hohes Drehmoment-Gewichts-Verhältnis, ein höheres Drehmoment pro Watt (verbesserter Wirkungsgrad), eine höhere Zuverlässigkeit, ein geringeres Geräusch, eine längere Lebensdauer (bürstenlose Korrosion und Kommutatorkorrosion) sowie die Beseitigung von Funken, die durch erzeugt werden Kommutator und allgemeine Reduzierung elektromagnetischer Störungen (EMI). Da der Rotor keine Wicklungen aufweist, sind sie keiner Zentrifugalkraft ausgesetzt. Da die Wicklungen vom Gehäuse getragen werden, können sie durch Wärmeleitung gekühlt werden, ohne dass ein Luftstrom im Motor erforderlich ist. Dies bedeutet wiederum, dass das Innere des Motors vollständig umschlossen und vor Schmutz oder anderen Fremdstoffen geschützt werden kann.

Die Kommutierung eines bürstenlosen Motors kann durch Verwendung eines Mikrocontrollers oder Mikroprozessors in Software, analoger Hardware oder FPGA in digitaler Firmware realisiert werden. Die Verwendung elektronischer Geräte anstelle von Bürsten zur Kommutierung ermöglicht eine größere Flexibilität und Funktionalität, die bürstenlose Gleichstrommotoren nicht haben, einschließlich Geschwindigkeitsbegrenzungen,&"Mikroschritt GG"; Betrieb für langsame und / oder Feinbewegungssteuerung und Halten des Drehmoments in Ruhe. Die Steuerungssoftware kann den in der Anwendung verwendeten Motor anpassen, was zu einer höheren Kommutierungseffizienz führt.

Die maximale Leistung des bürstenlosen Motors wird durch Wärme begrenzt. Zu viel Wärme schwächt den Magneten und beeinträchtigt die Isolationsleistung der Wicklung.

Bei der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie ist der bürstenlose Motor effizienter als der bürstenlose Motor. Diese Verbesserung ist hauptsächlich auf die Frequenz des Schaltstroms zurückzuführen, die durch die Rückkopplung des Positionssensors bestimmt wird. Der zusätzliche Vorteil ist auf das Fehlen von Bürsten zurückzuführen, wodurch der mechanische Energieverlust aufgrund von Reibung verringert wird. Im Leerlauf- und Niedriglastbereich der Motorleistungskurve steigt der Wirkungsgrad am stärksten an. Unter hoher mechanischer Belastung ist der Wirkungsgrad des bürstenlosen Motors und des hochwertigen bürstenlosen Motors gleichwertig.

Die Umgebung und die Anforderungen an den Hersteller zur Verwendung von BLDCM umfassen wartungsfreien Betrieb, Hochgeschwindigkeits- und Funkengefahr oder können den Betrieb elektronisch empfindlicher Geräte beeinträchtigen.

Die Struktur des bürstenlosen Motors kann der des Schrittmotors ähnlich sein. Im Gegensatz zu Schrittmotoren werden bürstenlose Motoren normalerweise verwendet, um eine kontinuierliche Rotation zu erzeugen. Schrittmotoren enthalten im Allgemeinen keine Wellenpositionssensoren zur internen Rückmeldung der Rotorposition. Stattdessen stützt sich die Schrittsteuerung auf Sensoren, um die Position des angetriebenen Geräts zu erfassen. Sie halten oft an, wenn sich der Rotor in einer bestimmten Winkelposition befindet, während sie noch Drehmoment erzeugen. Ein gut konzipiertes bürstenloses Motorsystem kann auch eine Drehzahl von Null und ein begrenztes Drehmoment aufrechterhalten.

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