Bürstenlose Gleichstrommotoren finden zunehmend in den unterschiedlichsten Bereichen Anwendung, von Industrieanlagen bis hin zu medizinischen Geräten. Da sie die Probleme herkömmlicher Gleichstrommotoren mit Bürsten lösen und sich durch hervorragende Eigenschaften wie lange Lebensdauer, hohen Wirkungsgrad und geringe Geräuschentwicklung auszeichnen, finden sie in der Produktentwicklung große Beachtung.
Es gibt jedoch sicherlich viele Ingenieure, die sagen: „Ich verstehe den Aufbau und die Funktionsweise von bürstenlosen Gleichstrommotoren nicht so recht “ oder „Ich möchte wissen, welche konkreten Vorteile sie bieten und für welche Anwendungsbereiche sie geeignet sind“.
In diesem Artikel werden die Informationen, die Ingenieure kennen sollten – von der grundlegenden Bauweise über das Funktionsprinzip und die vier wesentlichen Vorteile bis hin zu konkreten Anwendungsbereichen – systematisch erläutert. Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihnen als Hilfestellung bei der Auswahl eines Motors dient.
| Unter der Aufsicht der Vertriebsgruppe für elektronische Bauteile der C.I. TAKIRON Corporation Dieser Artikel wurde auf der Grundlage der hochentwickelten technischen Kompetenz und des Fachwissens erstellt, die wir seit unserer Gründung im Jahr 1919 als führendes Unternehmen in der Kunststoffverarbeitung erworben haben.Unsere Abteilung analysiert kontinuierlich die Markttrends und neuesten Technologien im Bereich ultrakompakter, hochpräziser Mikromotoren und konzentriert sich darauf, Konstrukteuren und Entwicklern Informationen mit hohem Mehrwert zur Verfügung zu stellen. Als Expertenteam mit fundierten Kenntnissen der Produkteigenschaften unterstützen wir Sie durch die Bereitstellung präziser und praxisorientierter Inhalte bei der Lösung Ihrer Herausforderungen und bei technologischen Innovationen. |
Was ist ein bürstenloser Gleichstrommotor? Grundlegender Aufbau und Funktionsweise
Ein bürstenloser Gleichstrommotor ist ein Motor, bei dem der Stromfluss nicht über Bürsten und einen Kommutator, sondern mittels Halbleiterbauelementen geschaltet wird; dabei sind Spulen im Stator und Permanentmagnete im Rotor angeordnet.Für den Betrieb ist zwar eine spezielle Steuerungsschaltung erforderlich, doch da keine Bürsten und kein Kommutator benötigt werden, treten weder Kontaktverschleiß noch Funkenbildung auf, wodurch sich Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Wirkungsgrad erheblich verbessern.
An dieser Stelle werden der Aufbau, die Funktionsweise sowie die Unterschiede zu bürstenbehafteten Gleichstrommotoren ausführlich erläutert.
Inhalt dieses Abschnitts
- Aufbau eines bürstenlosen Gleichstrommotors
- Funktionsprinzip und Antriebsverfahren
- Struktureller Vergleich mit einem Gleichstrommotor mit Bürsten
Durch das Verständnis der einzelnen Komponenten werden die Vorteile von bürstenlosen Gleichstrommotoren deutlich.
Aufbau eines bürstenlosen Gleichstrommotors
Ein bürstenloser Gleichstrommotor besteht aus einem Stator, der aus Spulen besteht, und einem Rotor, in dem Permanentmagnete angeordnet sind. Da er keine Bürsten und keinen Kommutator besitzt, erfolgt die Stromsteuerung über Magnetpol-Sensoren und eine Ansteuerschaltung.
Wenn ein Strom durch die Spulen des Stators fließt, entsteht ein Magnetfeld, und durch die magnetische Wechselwirkung mit den Permanentmagneten des Rotors wird eine Drehkraft erzeugt. Da die Anzahl der Bauteile gering ist und eine kompakte Bauweise möglich ist sowie keine Bürsten und kein Kommutator erforderlich sind, treten an den Stromübertragungsstellen weder Kontaktverschleiß noch Funkenbildung auf, was zu einer erheblichen Steigerung der Lebensdauer, Zuverlässigkeit und des Wirkungsgrads führt.
Funktionsprinzip und Antriebsweise
Die Drehung wird aufrechterhalten, indem die Positionen der Magnetpole des Rotors mit Magnetpolsensoren erfasst und der Strom zu den Statorwicklungen mithilfe von Halbleiterschaltern nacheinander umgeschaltet wird. Durch die präzise Steuerung des Zeitpunkts der Stromumschaltung sind hohe Drehzahlen und eine gleichmäßige Drehmomentabgabe möglich.
Für den Antrieb ist eine spezielle Steuerungsschaltung unerlässlich, wobei Mikrocontroller und Treiber-ICs das Ein- und Ausschalten des Stroms regeln. Die präzise Stromumschaltung durch elektronische Steuerung bildet die Grundlage für die hohe Leistungsfähigkeit von bürstenlosen Gleichstrommotoren.
Struktureller Vergleich mit einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor
Bei einem Gleichstrommotor mit Bürsten sind Spulen am Rotor und Magnete am Stator angeordnet, wobei der Stromfluss über Bürsten und einen Kommutator umgeschaltet wird. Ein bürstenloser Gleichstrommotor hingegen weist den umgekehrten Aufbau auf und nutzt eine elektronische Steuerung mittels Halbleitern.
Da keine Bürsten und kein Kommutator erforderlich sind, treten an den stromführenden Teilen weder Kontaktverschleiß noch Funkenbildung auf, wodurch eine längere Lebensdauer und eine Geräuschreduzierung erreicht werden. Zwar steigen die Kosten aufgrund der erforderlichen Steuerungsschaltung, doch die Wartungsfreiheit und der langfristig stabile Betrieb stellen einen großen Vorteil dar.
Die vier Hauptvorteile von bürstenlosen Gleichstrommotoren
Da bürstenlose Gleichstrommotoren keine Bürsten und keinen Kommutator aufweisen, lösen sie die Probleme, die bei herkömmlichen Gleichstrommotoren mit Bürsten auftraten. Die vier wesentlichen Vorteile sind konkret: ① lange Lebensdauer, ② geringe elektrische Störgeräusche, ③ kompakte Bauweise und geringes Gewicht sowie ④ hoher Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung.
Aufgrund dieser Eigenschaften finden sie zunehmend Anwendung in einem breiten Spektrum von Bereichen, darunter Industrieanlagen, bei denen ein Dauerbetrieb erforderlich ist, sowie medizinische Geräte, die eine hochpräzise Steuerung erfordern.
Inhalt dieses Abschnitts
- Vorteil 1: Erzielung einer längeren Lebensdauer
- Vorteil 2: Reduzierung elektrischer Störungen
- Vorteil 3: Kompakte Bauweise und geringes Gewicht
- Vorteil 4: Hoher Energieumwandlungswirkungsgrad
Lassen Sie uns nun betrachten, welchen Mehrwert die jeweiligen Vorteile für die Produktentwicklung bieten.
Vorteil 1: Erzielung einer längeren Lebensdauer
Da bei bürstenlosen Gleichstrommotoren kein Verschleiß an Bürsten und Kommutator auftritt, erreichen sie eine mehr als zehnmal so lange Lebensdauer wie bürstenbehaftete Gleichstrommotoren. Während bürstenbehaftete Motoren eine Lebensdauer von 1.000 bis mehreren tausend Stunden aufweisen, sind bürstenlose Gleichstrommotoren für einen Dauerbetrieb im Bereich von mehreren zehntausend Stunden ausgelegt.
Da sich die Wartungshäufigkeit erheblich verringert, wird diese Lösung in Anwendungsbereichen, in denen ein langfristig stabiler Betrieb erforderlich ist – wie beispielsweise bei Industrie- und Medizintechnik – sehr geschätzt. Durch die Reduzierung der Kosten für den Austausch von Bauteilen und der Wartungsarbeiten wird sie zudem zu einer Senkung der Betriebskosten über den gesamten Lebenszyklus hinweg beitragen.
Vorteil 2: Reduzierung elektrischer Störungen
Da der Strom ohne mechanische Kontakte, sondern mittels Halbleitern gesteuert wird, entstehen keine Funkenstörungen, wie sie beim Kontakt zwischen Bürsten und Kommutator auftreten. Da die Auswirkungen auf umliegende elektronische Geräte gering sind, eignet sich diese Lösung besonders für den Einsatz in medizinischen Geräten und Messgeräten, bei denen eine präzise Steuerung erforderlich ist.
Da sich damit auch das Risiko von Kommunikationsfehlern und Fehlfunktionen verringern lässt, ist dies insbesondere für Anwendungen von Vorteil, bei denen eine hohe Zuverlässigkeit gefordert ist. Zudem sind Einsparungen beim Konstruktionsaufwand für Maßnahmen gegen elektrische Störungen sowie bei den Kosten für Abschirmungskomponenten zu erwarten.
Vorteil 3: Kompakte Bauweise und geringes Gewicht
Da nur wenige Bauteile wie Bürsten und Kommutatoren erforderlich sind, lassen sich die Motoren klein und leicht gestalten. Zwar gibt es hierfür keine offiziell festgelegten Standards, doch als Richtwert gelten Motoren mit einem Einbauwinkel von weniger als 90 mm häufig als „klein“; sie eignen sich daher gut für den Einbau in kompakte Gehäuse.
Dies trägt zudem zur Verkleinerung des gesamten Geräts bei und eignet sich daher ideal für den Einsatz in mobilen Geräten und medizinischen Handgeräten, bei denen nur begrenzter Platz zur Verfügung steht. Durch das geringere Gewicht wird zudem der Aufwand beim Transport und bei der Montage verringert, was zu einer Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit des gesamten Produkts führt.
Vorteil 4: Hoher Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung
Durch die Verkleinerung der Bauteile wird der Energiebedarf reduziert, und es gibt Produkte, die einen Energieumwandlungswirkungsgrad von über 90 % erreichen. Da sie einen geringen Stromverbrauch aufweisen und sich durch eine hervorragende Energieeffizienz auszeichnen, tragen sie zu einem längeren Betrieb batteriebetriebener Geräte sowie zur Senkung der Betriebskosten durch geringere Stromkosten bei.
Angesichts der Notwendigkeit, die CO₂-Neutralität zu erreichen, ist der Einsatz hocheffizienter Motoren eine wirksame Maßnahme für Unternehmen zur Verringerung ihrer Umweltbelastung. Durch die Verlängerung der Batterielebensdauer lassen sich zudem die Austauschhäufigkeit und das Abfallaufkommen reduzieren.
Verwendungszwecke und Anwendungsbeispiele für bürstenlose Gleichstrommotoren
Die hervorragenden Eigenschaften bürstenloser Gleichstrommotoren kommen in vielfältigen Industriebereichen zum Einsatz. Bei Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen, Klimaanlagen und Staubsaugern zeichnen sie sich durch eine lange Lebensdauer und hohe Effizienz aus, während sie im Automobilbereich zunehmend als Motoren für elektrische Servolenkungen und Antriebe eingesetzt werden.Zudem werden sie in Industrierobotern wegen ihrer für den Dauerbetrieb geeigneten Langlebigkeit geschätzt, und im Bereich der medizinischen Geräte finden sie zunehmend Anwendung, da sie sich durch ihre kompakte Bauweise, hohe Drehzahl und Geräuscharmut auszeichnen.
An dieser Stelle möchten wir Ihnen die typischen Anwendungszwecke sowie konkrete Beispiele vorstellen.
Inhalt dieses Abschnitts
- Anwendung in Haushaltsgeräten
- Einsatz in Industrieanlagen und Robotern
- Einsatz in medizinischen Geräten und optischen Geräten
Lassen Sie uns nun einen Blick darauf werfen, wie bürstenlose Gleichstrommotoren in den verschiedenen Bereichen zum Einsatz kommen.
Anwendung in Haushaltsgeräten
Sie finden breite Anwendung in Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen, Klimaanlagen, Ventilatoren und Staubsaugern, die über Jahre hinweg ununterbrochen in Betrieb sind. Sie kommen in folgenden Produkten zum Einsatz:
[Anwendungsbeispiele bei Haushaltsgeräten]
- Antriebsmotoren für Waschmaschinen und Wäschetrockner
- Lüfter für Klimaanlagen und Ventilatoren
- Antriebs- und Saugmotor eines Staubsaugers
- Drehende Teile von Mixern und Püriergeräten
- Luftstrommechanismus eines Haartrockners
- Kühlschrankkompressor
Da sie sich durch hohe Effizienz und damit geringere Stromkosten sowie durch eine lange Lebensdauer und damit seltenere Anschaffungen auszeichnen, werden sie von den Verbrauchern geschätzt und finden zunehmend Verbreitung. Bei Produkten, bei denen die Energieeffizienz im Vordergrund steht, dürfte der Einsatz von bürstenlosen Gleichstrommotoren eine Quelle der Wettbewerbsfähigkeit darstellen.
Einsatz in Industrieanlagen und Robotern
Bei Industrierobotern und Förderanlagen in der Fertigung legen wir großen Wert auf eine hohe Belastbarkeit im Dauerbetrieb sowie eine hervorragende Wärmeableitung. Bürstenlose Gleichstrommotoren bieten auch bei lang andauerndem Betrieb eine stabile Leistung.
[Anwendungsbeispiele in der Industrieausrüstung]
- Antrieb des Arms eines Industrieroboters
- Montagevorrichtung für Automobilfertigungslinien
- Bewegungsmechanismus eines Kommissionierroboters
- Antriebsmotor für AGV (fahrerlose Transportfahrzeuge)
- Vorschubmechanismus einer Werkzeugmaschine
- Fördersysteme für Halbleiterfertigungsanlagen
Selbst in Fertigungslinien, in denen ein lang andauernder Dauerbetrieb erforderlich ist, wird besonders geschätzt, dass diese Motoren wartungsfrei sind und über einen langen Zeitraum einen stabilen Betrieb gewährleisten. Da die Reduzierung von Ausfallzeiten unmittelbar zu einer Steigerung der Produktivität führt, ist die Auswahl eines zuverlässigen Motors von entscheidender Bedeutung.
Einsatz in medizinischen Geräten und optischen Geräten
Der Einsatz in den Bereichen Medizin und Optik nimmt stetig zu, beispielsweise bei Beatmungsgeräten, Pulsreinigungsgeräten für chirurgische Eingriffe, zahnärztlichen Bohrern und Fokussiermechanismen für Endoskopkameras.Da diese Motoren kompakt und leicht sind, hohe Drehzahlen ermöglichen und zudem geräusch- sowie vibrationsarm arbeiten, eignen sie sich ideal für Anwendungen, die eine präzise Steuerung erfordern. Sie tragen zudem zur Verbesserung der Patientensicherheit bei und stellen eine grundlegende Technologie dar, die die Weiterentwicklung medizinischer Geräte unterstützt.
In der optischen Technik kommen diese Antriebe in Anwendungen zum Einsatz, die eine präzise Positionierung erfordern, wie beispielsweise im Autofokus-Mechanismus von Kameras, bei der Bildstabilisierung oder beim Antrieb von Mikroskopobjektiven. Da sie ein geringes Rastmoment aufweisen, ermöglichen sie einen gleichmäßigen Lauf und minimieren so die Auswirkungen auf die Bildqualität.
Zusammenfassung
Bürstenlose Gleichstrommotoren zeichnen sich durch eine Konstruktion ohne Bürsten und Kommutator aus und bieten dadurch vier wesentliche Vorteile: lange Lebensdauer, geringe Geräuschentwicklung, kompakte Bauweise und geringes Gewicht sowie hohen Wirkungsgrad. Sie kommen in einem breiten Anwendungsspektrum zum Einsatz – von Haushaltsgeräten über Industrieanlagen bis hin zu medizinischen Geräten – und tragen zur Steigerung der Leistungsfähigkeit sowie zur Energieeinsparung der jeweiligen Produkte bei.
Da keine Bürsten und kein Kommutator erforderlich sind, treten weder Kontaktverschleiß noch Funkenbildung an den Stromübertragungsstellen auf, wodurch sich Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Wirkungsgrad erheblich verbessern.
Produktinformationen und Kontakt
Ausführliche Informationen zu den Mikromotoren von C.I. Takiron finden Sie auf der folgenden Website.
- Produktseite: https://cik-ele.com/
- Kernlose Motoren: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Bürstenlose Motoren: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Getriebemotoren: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Encoder: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Sollten Sie bei der Auswahl von Kleinmotoren für Ihre Produktentwicklung auf Schwierigkeiten stoßen, können Sie sich gerne über das Kontaktformular an uns wenden. Unsere technischen Berater werden Ihre Anwendungszwecke und Anforderungen mit Ihnen besprechen und Ihnen die optimale Lösung vorschlagen.
- Kontakt: https://cik-ele.com/contact/
