Was ist ein bürstenloser Motor und wie funktioniert er? Eine detaillierte Anleitung
Eine praxisnahe Erklärung zu bürstenlosen Motoren (BLDC), ihren Typen, wie sie sich von Bürstenmotoren unterscheiden, wie sie funktionieren und wo sie eingesetzt werden – von Drohnen bis hin zu Elektrofahrzeugen.
Was ist ein bürstenloser Motor?
Falls Sie sich jemals gefragt habenWas ist ein bürstenloser Motor?Die kurze Antwort lautet: Es handelt sich um einen Elektromotor, der auf die in herkömmlichen Motoren üblichen mechanischen Bürsten und den Kommutator verzichtet und die Wicklungen mithilfe elektronischer Schaltungen erregt. Er wird auch häufig als … bezeichnet.BLDC-MotorEine bürstenlose Einheit nutzt Permanentmagnete im Rotor und stationäre Kupferwicklungen im Stator. Ein elektronischer Regler (ESC) steuert den Stromfluss zu den Statorspulen und erzeugt so ein rotierendes Magnetfeld, das den Rotor antreibt – und damit Drehmoment ohne den mechanischen Verschleiß von Bürsten liefert.
Vorteile von bürstenlosen Motoren
Höhere Effizienz:Weniger Reibung und präzisere Kommutierung verringern den Energieverlust.
Längere Lebensdauer:Keine Bürsten, die ausgetauscht werden müssen, bedeuten geringeren Wartungsaufwand und weniger potenzielle Fehlerquellen.
Bessere Leistungsdichte:Verbessertes Drehmoment-Gewichts-Verhältnis und kompakte Bauweise.
Leiserer Betrieb:Kein Bürstenbogen und gleichmäßigere Kommutierung.
Präzise Steuerung:Elektronische Steuerungen ermöglichen eine präzise Drehzahl- und Drehmomentregelung.
Nachteile von bürstenlosen Motoren
Höhere Vorlaufkosten:Der Motor mit Steuerung ist in der Regel teurer als ein einfacher Bürstenmotor.
Steuerungskomplexität:Sie benötigen einen Regler und die richtige Abstimmung – kein einfaches Plug-and-Play-Gerät für Anfänger.
Abhängigkeit von Elektronik:Ein Ausfall der Steuerung kann den Motor außer Gefecht setzen, daher ist die Systemauslegung von Bedeutung.
Arten von bürstenlosen Motoren
Basierend auf dem Design
In-RunnerBLDC-Motoren haben den Rotor im Inneren des Stators und drehen sich typischerweise mit sehr hohen Drehzahlen – üblich bei Rennmotoren.OutrunnerBei diesen Motoren befindet sich der Rotor außerhalb des Stators, wodurch ein höheres Drehmoment bei niedrigeren Drehzahlen erzielt wird – weit verbreitet bei Multikoptern und vielen Konsumentendrohnen.
Basierend auf der Sensornutzung
SensorisiertBürstenlose Motoren verfügen über Hall-Effekt-Sensoren oder andere Positionssensoren, um die genaue Rotorposition für ein gleichmäßiges Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen zu ermitteln.SensorlosDie Konstruktionen leiten die Rotorposition aus der Gegen-EMK ab und sind einfacher und leichter – ideal für Hochgeschwindigkeitsanwendungen.
Basierend auf der Anzahl der Pole
Ein- und mehrpolige Ausführungen verändern das Drehmoment- und Drehzahlverhalten. Mehr Pole führen im Allgemeinen zu einem höheren Drehmoment und einem ruhigeren Lauf bei niedrigeren Drehzahlen.
Basierend auf der Art des Leistungssignals
Motoren, die mit sinusförmigen Wellenformen angesteuert werden, laufen bei niedrigen Drehzahlen ruhiger; die trapezförmige Kommutierung ist bei höheren Drehzahlen einfach und effektiv, kann aber zu Drehmomentwelligkeit führen.
Was ist der Unterschied zwischen bürstenlosen und Bürstenmotoren?
Tabelle der Unterschiede zwischen Bürsten- und bürstenlosen Motoren
| Besonderheit | Bürstenmotor | Bürstenloser Motor |
|---|---|---|
| Kommutierung | Mechanisch, mit Bürsten und einem Kommutator | Elektronisch, ohne Bürsten |
| Lebensdauer | Kürzer aufgrund von Bürstenverschleiß | Länger, da keine Bürsten abgenutzt werden können. |
| Geschwindigkeit und Beschleunigung | Mittel, durch mechanische Faktoren begrenzt | Hoch, nicht durch Bürsten oder Kommutator begrenzt |
| Effizienz | Niedriger, aufgrund von Reibung und Energieverlust in den Bürsten | Höher aufgrund der elektronischen Kommutierung |
| Lärm | Höher aufgrund des Bürstenkontakts | niedriger, aufgrund fehlenden mechanischen Kontakts |
| Elektrisches Rauschen | Mehr noch, aufgrund von Lichtbögen an den Bürsten | Weniger, da keine Pinsel vorhanden sind |
| Wartung | Benötigt mehr, aufgrund des Bürstenverschleißes | Weniger, hauptsächlich an Lagern |
| Drehmoment | Gut, aber mitunter unbeständig. | Besser und konstanter |
| Gewicht und Größe | Im Allgemeinen größer bei gleicher Ausgangsleistung | Kompakter und leichter bei gleicher Leistung |
| Kosten | Niedrigere Anfangskosten | Höher aufgrund komplexer Elektronik |
Detaillierter Vergleich
Lebensdauer
Bürstenlose Maschinen haben in der Regel eine deutlich längere Lebensdauer, da das primäre Verschleißteil (die Bürste) entfällt.
Geschwindigkeit und Beschleunigung
BLDC-Motoren beschleunigen schneller und erreichen höhere Höchstgeschwindigkeiten bei geringerer Wärmeentwicklung.
Effizienz
Durch die Beseitigung von Bürstenreibung und Lichtbogenbildung wird die elektrische Effizienz verbessert, was insbesondere bei batteriebetriebenen Systemen von Bedeutung ist.
Lärm
Bürstenlose Motoren arbeiten leiser – ein entscheidender Vorteil für Unterhaltungselektronik und Drohnen.
Wartung
Ohne Bürsten beschränkt sich die planmäßige Wartung hauptsächlich auf die Lager und die Controller-Firmware.
Drehmoment
Die elektronische Steuerung ermöglicht eine gleichmäßigere Drehmomentabgabe und die Anpassung der Drehmomentkurven an spezifische Anwendungsfälle.
Gewicht und Größe
Bei gleicher Leistung sind bürstenlose Motoren oft leichter und kompakter.
Kosten
Die Anschaffungskosten sind zwar höher, die Gesamtkosten über die gesamte Lebensdauer können aber dank geringerem Wartungsaufwand und verbesserter Effizienz niedriger ausfallen.
Wie funktioniert ein bürstenloser Motor?
Aufbau eines bürstenlosen Motors
Ein typischer BLDC-Motor besitzt einen Permanentmagnetrotor und einen Stator mit mehreren Kupferwicklungen. Die Steuerung schaltet den Strom zwischen den Statorwicklungen in einer zeitlich abgestimmten Sequenz. Hall-Sensoren oder die Erfassung der Gegen-EMK übermitteln der Steuerung die Rotorposition, sodass sie die nächste Stromphase zum richtigen Zeitpunkt zuschalten kann.
Warum sich ein bürstenloser Motor dreht
Der Motor dreht sich, weil die angelegten Ströme im Stator ein rotierendes Magnetfeld erzeugen, dem die Permanentmagnete des Rotors folgen. Die synchrone Wechselwirkung zwischen Stator- und Rotorfeld erzeugt ein Drehmoment; durch die Steuerung der bestromten Wicklungen und deren Zeitpunkt regelt der Regler Drehzahl und Drehrichtung. Eine Einführung zu konventionellen Gleichstrommotoren zum Vergleich finden Sie hier:Wie funktioniert ein Gleichstrommotor?Die
Anwendungen von bürstenlosen Motoren
Bürstenlose Motoren sind heute allgegenwärtig. Ihre Effizienz, Leistungsdichte und Steuerungsmöglichkeiten machen sie für viele Anwendungsbereiche geeignet.
Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung
Wird in Aktuatoren, Steuerflächen und Antrieben für kleine UAVs eingesetzt, bei denen Zuverlässigkeit von entscheidender Bedeutung ist.
Automobile und Elektrofahrzeuge
BLDC-Motoren treiben Traktionssysteme, Hilfsaggregate und Gebläse für Klimaanlagen an – und tragen so zu einer verbesserten Reichweite und Zuverlässigkeit bei.
Industrie und Fertigung
Hochleistungsservos und Spindelantriebe setzen auf bürstenlose Konstruktionen für Präzision und maximale Verfügbarkeit.
Marine
Antriebs- und Schubsysteme verwenden bürstenlose Motoren mit Schutzart IP für Korrosionsbeständigkeit und Effizienz.
Medical Devices
Der leise Betrieb und die präzise Drehzahlregelung machen BLDC-Motoren ideal für Diagnose- und chirurgische Geräte.
Unterhaltungselektronik
Von Akku-Werkzeugen bis hin zu hochentwickelten Staubsaugern – bürstenlose Motoren verlängern die Akkulaufzeit und erhöhen die Langlebigkeit.
Robotik & Drohnen
Eine der sichtbarsten Anwendungen findet sich in unbemannten Flugzeugen.Drohne mit bürstenlosem Motorverwendet üblicherweise leichte Außenläufermotoren. Egal, ob Sie sich für einen entscheidenBürstenloser Motor für DrohneOb Rennsport oder professionelle Fotografie – BLDC-Motoren bieten das von Drohnenpiloten benötigte Leistungsgewicht und die nötige Reaktionsfähigkeit. Bei der Entwicklung kleinerer Geräte sollten Sie auch Bauteile aus dem Hobbybereich oder spezialisierte Anbieter in Betracht ziehen – wir beziehen beispielsweise unsere kleinen Motoren von einem vertrauenswürdigen Hersteller.Hersteller von Hohlbechermotorenwenn gebürstete Alternativen erforderlich sind.
Häufig gestellte Fragen
Was bedeutet Kv bei bürstenlosen Motoren?
Die KV-Kennlinie gibt die Drehzahl des Motors pro Volt im Leerlauf an. Sie hilft bei der Abstimmung von Motor, Propeller und Batteriespannung – hohe KV-Werte für kleinere Propeller/hohe Drehzahl; niedrige KV-Werte für größere Propeller/hohes Drehmoment.
Sind bürstenlose Motoren wasserdicht?
Manche bürstenlose Motoren sind mit wasserdichten Gehäusen und einer entsprechenden IP-Schutzart ausgestattet. Prüfen Sie die IP-Schutzart des Motors, bevor Sie ihn in feuchten Umgebungen einsetzen.
Wie berechnet man den Regler für einen bürstenlosen Motor?
Wählen Sie einen Regler mit einer Stromstärke, die höher ist als die maximale Stromaufnahme des Motors, und einer Spannung, die mindestens der Spannung der Motorbatterie entspricht. Eine Sicherheitsmarge von 20–30 % beim Regler erhöht die Zuverlässigkeit.
Definition eines bürstenlosen Motors / Was bedeutet ein bürstenloser Motor?
ZuDefinition bürstenloser MotorEinfach ausgedrückt: Es handelt sich um einen Elektromotor, der auf Kohlebürsten verzichtet und die Statorwicklungen durch elektronische Kommutierung erregt. Wenn Sie fragen: „Was bedeutet ein bürstenloser Motor?Diese Definition erfasst den wesentlichen Unterschied zu Bürstenmotoren.
Wie funktioniert ein bürstenloser Motor?
Die elektronische Kommutierung schaltet den Strom durch die Statorspulen in präzisen Zeitsequenzen, sodass die Permanentmagnete des Rotors im Stator hin und her bewegt werden und so eine Rotation erzeugen. Diese Antwort aufWie funktioniert ein bürstenloser Motor?betont das Timing und die magnetische Wechselwirkung als Schlüsselprinzipien.
Welcher Motor ist der richtige für meine Drohne?
Für UAVs, einbürstenloser DrohnenmotorDie Auswahl hängt von Nutzlast, Propellergröße und Flugzeit ab. Renndrohnen verwenden kleine Motoren mit hoher KV-Zahl; Fotodrohnen bevorzugen Motoren mit niedrigerer KV-Zahl und höherem Drehmoment für Stabilität und Effizienz.