In der Welt der Präzisionstechnik und Automatisierung haben sich bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) als Goldstandard für Zuverlässigkeit und Leistung etabliert. Als führender Hersteller bei Flourishing werden wir häufig mit Fragen zur Funktionsweise dieser Motoren konfrontiert – insbesondere im Hinblick auf …Wirkungsgrad von BLDC-MotorenWarum sind sie ihren gebürsteten Pendants überlegen, und, noch wichtiger, wie können Ingenieure diese Leistungskennzahlen überprüfen?

Dieser umfassende Leitfaden beleuchtet die wissenschaftlichen Grundlagen der Effizienzbewertungen, die in unseren Laboren angewandten Testmethoden und gibt praktische Tipps zur Optimierung Ihrer Motorsysteme.

Was ist der Wirkungsgrad eines bürstenlosen Gleichstrommotors?

Im Kern ist der Wirkungsgrad ein Verhältniswert. Er gibt den Prozentsatz der gesamten zugeführten elektrischen Energie an, der erfolgreich in nutzbare mechanische Energie umgewandelt wird. In jedem elektromechanischen System geht Energie, die nicht in Bewegung umgewandelt wird, verloren, hauptsächlich in Form von Wärme.

DerWirkungsgrad des bürstenlosen GleichstrommotorsDie Technologie erreicht einen bemerkenswert hohen Wirkungsgrad von typischerweise 85 % bis 90 %. Das bedeutet, dass bis zu 90 % der dem Motor zugeführten elektrischen Leistung die Last antreiben, während nur 10 % durch Wärmeabgabe verloren gehen. Im Vergleich dazu erreichen herkömmliche Bürstenmotoren aufgrund von Reibung und elektrischem Widerstand in den Bürsten oft nur einen Wirkungsgrad von 75–80 %.

Für Anwendungen, bei denen Leistungsdichte und Wärmemanagement entscheidend sind – wie beispielsweise in unserenkernloser GleichstrommotorProduktlinie – das Erreichen dieser hohen Effizienzstandards ist unerlässlich.

Wie wird der Wirkungsgrad von BLDC-Motoren getestet?

TestenWirkungsgrad des bürstenlosen GleichstrommotorsErfordert eine kontrollierte Umgebung, in der Eingangs- und Ausgangsgrößen gleichzeitig gemessen werden können. Die grundlegende Formel beinhaltet das Verhältnis von elektrischer Leistung (Eingangsleistung) zu mechanischer Leistung (Ausgangsleistung).

Wie testet man die Effizienz eines bürstenlosen Motors?

Um eine präzise Bewertung zu erhalten, müssen verschiedene Energieverluste – also Energieverluste, die das System verlassen – berücksichtigt werden. Während eine einfache Input-/Output-Berechnung eine grobe Schätzung liefert, beinhaltet ein wissenschaftlicher Ansatz die Quantifizierung spezifischer Verlustkategorien:

Kupferverlust (I²R-Verlust)

Hierbei handelt es sich um die Energie, die aufgrund des elektrischen Widerstands der Kupferwicklungen als Wärme verloren geht. Beim Stromfluss durch den Draht erzeugt der Widerstand Wärme. Je höher die Strombelastung, desto exponentiell höher sind die Kupferverluste. Dies ist ein wesentlicher Faktor für den Gesamtenergieverlust.Wirkungsgrad des BLDC-MotorsKonstruktionen, insbesondere unter hoher Belastung.

Wirbelstromverlust

Die Rotation der Permanentmagnete des Rotors induziert Wirbelströme im Eisenkern des Stators. Diese Wirbelströme erzeugen eigene Magnetfelder, die der Motorrotation entgegenwirken und so Widerstand und Wärme erzeugen. Moderne Statorblechtechniken minimieren diesen Effekt.

Hystereseverlust

Ähnlich wie bei Wirbelströmen entstehen Hystereseverluste dadurch, dass die magnetischen Bereiche im Statorkern durch den vorbeilaufenden Rotor kontinuierlich magnetisiert und entmagnetisiert werden. Die Energie, die zum ständigen Umschalten dieser Magnetpole benötigt wird, äußert sich in Wärme.

Reibungsverlust

Obwohl BLDC-Motoren keine Bürsten besitzen, verfügen sie dennoch über Lager. Die mechanische Reibung in den Kugellagern erzeugt eine Widerstandskraft, die das Ausgangsdrehmoment reduziert. Hochwertige Lager sind daher unerlässlich, um diesen Verlust so gering wie möglich zu halten.

Viskoser Verlust

Dies ist der aerodynamische Widerstand (Windwiderstand) des sich durch die Luft drehenden Rotors bzw. der Strömungswiderstand, falls der Motor Kühlöl enthält. Bei sehr hohen Drehzahlen wird der viskose Verlust zu einem signifikanten Einflussfaktor.Effizienz des bürstenlosen MotorsDie

Wechselrichterverlust

BLDC-Motoren benötigen einen elektronischen Regler (Wechselrichter) zur Phasenumschaltung. Die Schaltelemente (MOSFETs oder IGBTs) im Regler weisen einen eigenen Innenwiderstand und Schaltverluste auf, die in die Berechnung des Gesamtwirkungsgrades des Systems einfließen müssen.

Wirkungsgradgleichungen und Berechnungen für bürstenlose Motoren

Um den Wirkungsgrad praktisch zu berechnen, müssen Sie Spannung (V), Stromstärke (I), Drehzahl (U/min) und Drehmoment (τ) messen. Die Gleichung ist einfach:

Die Prüfung erfolgt mithilfe eines Dynamometers, das eine bekannte Last (Drehmoment) aufbringt und gleichzeitig Drehzahl und Stromaufnahme misst. Durch die Darstellung dieser Messwerte über den gesamten Betriebsbereich des Motors erstellen die Ingenieure eine Wirkungsgradkennlinie.

Wirkungsgradkurve des bürstenlosen Motors

Der Wirkungsgrad ist keine statische Größe; er ändert sich mit Last und Drehzahl. Eine Wirkungsgradkurve hat typischerweise eine Glockenform. Der Motor arbeitet am effizientesten bei einer bestimmten Kombination aus hoher Drehzahl und moderatem Drehmoment. Bei niedrigen Drehzahlen oder im Stillstand sinkt der Wirkungsgrad auf null, da Energie verbraucht wird (und Wärme erzeugt), ohne Bewegung zu erzeugen.

Das Verständnis dieser Kennlinie hilft bei der Auswahl des richtigen Motors. Wenn Sie beispielsweise einen Motor beschaffen möchten, der...Lieferant von HohlbechermotorenBei einem Schönheitsinstrument wünscht man sich einen Motor, dessen maximaler Wirkungsgrad mit der Betriebsgeschwindigkeit des Geräts übereinstimmt, um die Batterielebensdauer zu maximieren.

Abschluss

MaximierungEffizienz des bürstenlosen MotorsEs handelt sich um eine Kombination aus hochwertigen Materialien, präziser Fertigung und intelligenter elektronischer Steuerung. Indem Ingenieure verstehen, wo Verluste auftreten – vom Kupferwiderstand bis zum Luftwiderstand – können sie ihre Konstruktionen für optimale Leistung feinabstimmen.

Bei Flourishing nutzen wir unsere 20-jährige Erfahrung, um Motoren zu entwickeln, die neue Maßstäbe setzen. Ob Sie Standard-BLDC-Motoren oder kundenspezifische kernlose Lösungen benötigen – unsere Testverfahren garantieren Ihnen die effizienteste Leistungsabgabe für Ihre Anwendung. Kontaktieren Sie uns, um zu erfahren, wie unsere hocheffizienten Motoren Ihr nächstes Projekt voranbringen können.