Elektromotoren wurden in verschiedenen Spezialtypen entwickelt, z. B. Schrittmotoren, Servomotoren, Permanentmagnetmotoren usw. Wir haben viele Möglichkeiten, einen Motor zu wählen, der für unsere Anwendung am besten geeignet ist. Ein bürstenloser Gleichstrommotor oder BLDC-Motor ist der Typ, der sich am besten für Anwendungen eignet, die eine hohe Zuverlässigkeit, einen hohen Wirkungsgrad, ein höheres Drehmoment pro Gewicht usw. erfordern. Dieser Artikel erklärt die BLDC-Motoren im Detail.

Konstruktion eines BLDC-Motors

Eine Kommutator-Bürsten-Anordnung trägt dazu bei, in einem typischenGleichstrommotor ein unidirektionales Drehmoment zu erreichen. Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor entfallen natürlich Kommutator und Bürstenanordnung. Hier wird ein integrierter Wechselrichter/Schaltkreis verwendet, um ein unidirektionales Drehmoment zu erreichen. Aus diesem Grund werden diese Motoren manchmal auch als "elektronisch kommutierte Motoren" bezeichnet .

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 angebracht, und der Stator ist für eine bestimmte Anzahl von Polen gewickelt. Außerdem ist ein Steuerkreis an die Statorwicklung angeschlossen. In den meisten Fällen ist der Umrichter/Steuerkreis oder das Steuergerät in die Statorbaugruppe integriert. Dies ist der grundlegende konstruktive Unterschied zwischen einem bürstenlosen Motor und einem typischen Gleichstrommotor.

Ein typischer Regler versorgt die Statorwicklung mit einer dreiphasigen, frequenzgesteuerten Versorgung. Die Versorgung wird durch logische Steuerkreise gesteuert und erregt bestimmte Statorpole zu einem bestimmten Zeitpunkt. Dies kann anhand der folgenden Animationen über die Funktionsweise von BLDC-Motoren nachvollzogen werden.

Typen von BLDC-Motoren

Es gibt zwei Arten von BLDC-Motoren, die auf ihrer Konstruktion/ihrem Design basieren: (i) Innenrotor-Design & (ii) Außenrotor-Design. Unabhängig von diesen Typen ist zu beachten, dass die Permanentmagnete immer auf dem Rotor und die Wicklung auf dem Stator montiert sind.

1. Innenläufer (Inrunner): Hierbei handelt es sich um eine herkömmliche Konstruktion, bei der sich der Rotor im Kern (Zentrum) befindet und die Statorwicklung ihn umgibt.
   

   BLDC-Motor mit Innenrotor (Credit: Kaspars Dambis - flickr)
2. Außenläufer-Konstruktion (Outrunner): Bei dieser Konfiguration ist der Rotor außenliegend, d.h. die Statorwicklungen befinden sich im Kern, während der Rotor mit seinen Permanentmagneten den Stator umgibt.
   

   BLDC-Motor mit Außenrotor

Wie funktioniert ein BLDC-Motor?

Die Statorwicklungen eines BLDC-Motors sind mit einem Steuerkreis (einem integrierten Schaltkreis oder einem Wechselrichterkreis) verbunden. Der Steuerkreis erregt die richtige Wicklung zum richtigen Zeitpunkt in einem Muster, das sich um den Stator dreht. Die Permanentmagnete auf dem Rotor versuchen, sich mit den erregten Elektromagneten des Stators auszurichten, und sobald sie sich ausrichten, werden die nächsten Elektromagneten erregt. So läuft der Rotor weiter. Die folgenden Animationen vermitteln Ihnen eine klare Vorstellung davon, wie ein bürstenloser Gleichstrommotor funktioniert.

Innenrotor-BLDC-Motor Arbeitsanimation

Arbeitsanimation eines BLDC-Motors mit Außenrotor

Bürstenloser vs. bürstenbehafteter DC-Motor

• Die Bürsten müssen aufgrund von mechanischem Verschleiß häufig ausgetauscht werden, weshalb ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor regelmäßig gewartet werden muss. Da die Bürsten den Strom auf den Kommutator übertragen, kommt es außerdem zu Funkenbildung. Bürsten begrenzen die Höchstgeschwindigkeit und die Anzahl der Pole, die der Anker haben kann. Bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor sind diese Nachteile nicht mehr vorhanden. In einem bürstenlosen Gleichstrommotor ist ein elektronischer Steuerkreis erforderlich, um die Statormagnete zu schalten, damit der Motor weiterläuft. Dies macht einen BLDC-Motor potenziell weniger robust.
• Die Vorteile von BLDC-Motoren gegenüber Bürstenmotoren sind höhere 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 nicht erfüllt. Da sie jedoch eine komplizierte Steuerschaltung erfordern und aus Kostengründen, haben sie die bürstenbehafteten Gleichstrommotoren noch nicht vollständig ersetzt, vor allem nicht bei preisgünstigen Anwendungen. Trotzdem gibt es viele Anwendungen, in denen BLDC-Motoren dominieren -

• Unterhaltungselektronik - Computerfestplatten, kleine Lüfter, CD/DVD-Spieler usw. und auch in modernen Geräten, bei denen ein leiser Betrieb erwünscht ist - wie Waschmaschinen, Klimaanlagen usw.
• Elektrofahrzeuge - viele Elektrofahrzeuge, darunter Elektro- und Hybridautos sowie Elektrofahrräder, verwenden BLDC-Motoren.
• Sie finden in vielen anderen Bereichen Anwendung, z. B. in der Robotik, in der Industrie, bei Bewegungssteuerungssystemen usw.