Bei der Entwicklung von Industrie-, Medizin- und Präzisionsgeräten ist die Auswahl des Motors ein entscheidender Faktor, der die Produktleistung maßgeblich beeinflusst.
In den letzten Jahren ist das Interesse an hocheffizienten und langlebigen bürstenlosen Motoren gestiegen, und immer mehr Ingenieure erwägen den Austausch herkömmlicher Motoren mit Bürsten durch diese Technologie. Um jedoch die konkreten Unterschiede zu Motoren mit Bürsten zu erkennen und die Eignung für die eigenen Produkte beurteilen zu können, sind technische Begründungen und Daten erforderlich.
In diesem Artikel erläutern wir den grundlegenden Aufbau und die Funktionsweise von bürstenlosen Motoren, führen einen detaillierten Vergleich mit bürstenbehafteten Motoren durch und gehen auf die Vor- und Nachteile je nach Anwendungsbereich sowie auf die Auswahlkriterien für die verschiedenen Industriezweige ein. Wir haben die für Ihre Entscheidungsfindung notwendigen technischen Informationen zusammengestellt und hoffen, dass diese Ihnen als Entscheidungsgrundlage für die Auswahl eines zuverlässigen Motors dienen.
| 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. |
Grundlegender Aufbau und Funktionsweise von bürstenlosen Motoren
Bürstenlose Motoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Gegensatz zu herkömmlichen Motoren mit Bürsten keine mechanischen Kontaktteile wie Bürsten und Kommutatoren aufweisen. Stattdessen wird die Drehung durch die Umkehrung der Stromrichtung mittels elektronischer Schaltungen gesteuert.Dank dieser Bauweise ist die Lebensdauer eines bürstenlosen Motors – im Gegensatz zu einem bürstenbehafteten Motor – nicht vom Verschleiß der Bürsten abhängig, was einen langlebigen und hocheffizienten Betrieb ermöglicht. Im Folgenden wird die grundlegende Funktionsweise eines bürstenlosen Motors unter drei Gesichtspunkten erläutert.
Inhalt dieses Abschnitts
- Was ist ein bürstenloser Motor?
- Konstruktive Unterschiede zu Motoren mit Bürsten
- Funktionsprinzip eines bürstenlosen Motors
Wenn Sie diese Grundlagen verstehen, können Sie die Anwendbarkeit auf Ihre eigenen Produkte genauer einschätzen.
Was ist ein bürstenloser Motor?
Ein bürstenloser Motor ist, wie der Name schon sagt, ein Motor, der ohne Bürsten rotiert. Während bei bürstenbehafteten Motoren die Stromzufuhr zu den Spulen durch physischen Kontakt umgeschaltet wurde, wird bei bürstenlosen Motoren die Stromrichtung über eine elektronische Schaltung gesteuert.
Da keine Verschleißteile wie Bürsten und Kommutatoren vorhanden sind, sind diese Motoren wartungsfrei und gewährleisten langfristig eine stabile Leistung; sie finden daher breite Anwendung in Bereichen, in denen hohe Zuverlässigkeit gefordert ist, wie beispielsweise bei medizinischen Geräten und Industrierobotern.
Konstruktionsunterschiede zu Motoren mit Bürsten
Bei Motoren mit Bürsten ist es üblich, dass sich die Spulen auf der Rotorseite und die Permanentmagnete auf der Statorseite befinden. Im Gegensatz dazu sind bei unseren bürstenlosen Motoren die Permanentmagnete am Rotor und die Spulen am Stator angeordnet, wobei das Magnetfeld elektronisch gesteuert wird.
Ein wesentliches Merkmal ist die Umkehrung der Rollen von Rotor und Stator. Durch diesen konstruktiven Unterschied entstehen keine mechanischen Kontaktstellen, wodurch Wärmeentwicklung und Verschleiß erheblich reduziert werden können. Infolgedessen wird eine hohe Lebensdauer erreicht, die auch einem lang andauernden Dauerbetrieb standhält.
Funktionsweise eines bürstenlosen Motors
Bei einem bürstenlosen Motor wird der Rotor durch eine Wechselrichtung des in den Statorwicklungen fließenden Stroms mittels einer Wechselrichterschaltung in Drehung versetzt, wobei die Magnete des Rotors abwechselnd angezogen und abgestoßen werden. Da die Position des Rotors mithilfe von Hall-Sensoren oder Encodern erfasst und die Stromzufuhr zum optimalen Zeitpunkt umgeschaltet wird, ist ein effizienter und gleichmäßiger Lauf möglich.
Dieses elektronische Steuerungssystem ermöglicht eine präzise Regelung der Drehzahl und des Drehmoments und eignet sich daher für Anwendungen, bei denen hohe Genauigkeit gefordert ist, wie beispielsweise den Antrieb von Objektiven in optischen Geräten oder die präzise Steuerung von Sicherheitsvorrichtungen.
Ein umfassender Vergleich zwischen Motoren mit Bürsten und bürstenlosen Motoren
Motoren mit Bürsten und bürstenlose Motoren weisen jeweils unterschiedliche Eigenschaften auf. Motoren mit Bürsten zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau aus und lassen sich leicht steuern; allerdings ist hinsichtlich ihrer Lebensdauer aufgrund des Bürstenverschleißes Vorsicht geboten.Bürstenlose Motoren hingegen zeichnen sich durch hohen Wirkungsgrad, lange Lebensdauer und geringe Geräuschentwicklung aus, erfordern jedoch eine Ansteuerschaltung und sind daher etwas kostspieliger. Im Folgenden werden beide Typen unter verschiedenen Gesichtspunkten wie Lebensdauer, Wirkungsgrad und Geräuschentwicklung verglichen und Auswahlkriterien für den jeweiligen Anwendungszweck vorgestellt.
Inhalt dieses Abschnitts
- Unterschiede hinsichtlich Lebensdauer und Wartungsfreundlichkeit
- Der Unterschied zwischen Wirkungsgrad und Wärmeentwicklung
- Der Unterschied zwischen Geräuschentwicklung und Geräuscharmut
Wenn Sie diese Unterschiede verstehen, können Sie den für die Anforderungen Ihres Produkts am besten geeigneten Motor auswählen.
Unterschiede hinsichtlich Lebensdauer und Wartungsfreundlichkeit
Bei Motoren mit Bürsten und bürstenlosen Motoren bestehen erhebliche Unterschiede hinsichtlich der Lebensdauer und der Wartungsfreundlichkeit. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Unterschiede zusammengefasst.
| Punkt | Motoren mit Bürsten | Bürstenloser Motor |
| Lebensdauer | mehrere hundert bis mehrere tausend Stunden | mehr als mehrere Zehntausend Stunden |
| Wartung | Regelmäßiger Austausch der Bürsten erforderlich (Unsere Motoren sind so konstruiert, dass ein Austausch der Bürsten nicht möglich ist.) | Wartungsfrei |
| Verschleißteile | Verschleiß der Bürsten und des Kommutators | Im Vergleich zu Motoren mit Bürsten weisen sie weniger mechanische Verschleißteile auf |
| Ausfallzeit | Entstehen durch den Austausch des Motors | Nahezu null |
Da sich die Bürsten eines Bürstenmotors abnutzen, müssen diese nach einigen hundert bis einigen tausend Betriebsstunden ausgetauscht werden. Je nach Einsatzumgebung und Belastungsverhältnissen kann ein Austausch des Motors auch in kürzeren Zeitabständen erforderlich sein.
Da bürstenlose Motoren hingegen weniger mechanische Verschleißteile aufweisen als Motoren mit Bürsten, können sie bis zum Erreichen der Lagerlebensdauer betrieben werden. In der Regel erreichen sie eine lange Lebensdauer von mehreren Zehntausend Stunden und können wartungsfrei betrieben werden. Die damit verbundene Reduzierung von Ausfallzeiten und Gesamtkosten stellt einen großen Vorteil für Anwendungen dar, die einen Dauerbetrieb erfordern, wie beispielsweise Industrieroboter und medizinische Geräte.
Der Unterschied zwischen Wirkungsgrad und Wärmeentwicklung
Energieeffizienz und Wärmeentwicklung sind wichtige Entscheidungskriterien bei der Auswahl eines Motors. In der folgenden Tabelle werden die Unterschiede zwischen beiden Aspekten gegenübergestellt.
| Punkt | Motoren mit Bürsten | Bürstenloser Motor |
| Effizienz* | Mäßig | Hohe Effizienz |
| Energieverluste | Hohe Verluste aufgrund von Kontaktwiderstand und Verschleiß | Durch elektronische Steuerung auf ein Minimum reduziert |
| Fieber | Hohe | Durch geeignete Maßnahmen lässt sich das Fieber senken |
| Energieeffizienz | Standardmäßig | Hervorragend |
* Dies hängt von den Nutzungsbedingungen ab.
Bei Motoren mit Bürsten entstehen Energieverluste durch Kontaktwiderstand und Bürstenreibung, weshalb ihr Wirkungsgrad nur mäßig ist.Die Verluste werden in Form von Wärme abgegeben. Im Gegensatz dazu weisen bürstenlose Motoren dank elektronischer Steuerung nur geringe unnötige Verluste auf und erzielen einen hohen Wirkungsgrad. Zudem lässt sich die Wärmeentwicklung durch geeignete Steuerungsmethoden möglicherweise reduzieren. Sie tragen zur Energieeinsparung bei und bieten bei batteriebetriebenen Sicherheitsgeräten sowie tragbaren medizinischen Geräten den praktischen Vorteil einer verlängerten Betriebsdauer.
Der Unterschied zwischen Geräuschentwicklung und Geräuscharmut
Die Geräuschcharakteristik ist besonders wichtig bei Anwendungen, bei denen Geräuscharmut erforderlich ist, wie beispielsweise bei medizinischen Geräten und Präzisionsgeräten. In der folgenden Tabelle haben wir die Unterschiede zwischen Geräuschen und Geräuscharmut zusammengefasst.
| Punkt | Motoren mit Bürsten | Bürstenloser Motor |
| Mechanische Geräusche | Bürstenverschleiß | Geringe Kontaktfläche |
| Elektrische Störungen | kann leicht auftreten | auf ein Minimum reduzierbar |
| Geräuscharmut | gering | hoch |
| Auswirkungen auf Peripheriegeräte | Es besteht die Gefahr von elektrischen Störungen | Kaum |
Bei Motoren mit Bürsten entstehen durch die Reibung zwischen Bürsten und Kommutator leicht mechanische und elektrische Störgeräusche, weshalb sie für Anwendungen, bei denen Geräuscharmut gefragt ist, ungeeignet sind. Elektrische Störgeräusche können zudem Präzisionsgeräte in der Umgebung beeinträchtigen.
Da bürstenlose Motoren hingegen nur wenige Kontaktstellen aufweisen, zeichnen sie sich durch eine hervorragende Laufruhe aus und ermöglichen es, die Entstehung elektrischer Störgeräusche auf ein Minimum zu reduzieren. Sie finden zunehmend Anwendung in Bereichen, in denen eine geräuscharme Umgebung erforderlich ist, wie beispielsweise bei medizinischen Geräten, Bürogeräten und optischen Geräten, und tragen somit zur Verbesserung des Komforts für Patienten und Nutzer bei.
Vor- und Nachteile sowie Anwendungsbereiche von bürstenlosen Motoren
Bürstenlose Motoren bieten zwar zahlreiche Vorteile, weisen jedoch auch Nachteile auf, wie beispielsweise die Anschaffungskosten und die Komplexität der Steuerungsschaltungen. In Bereichen, in denen hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer gefordert sind – wie beispielsweise bei medizinischen Geräten, Industrierobotern, Präzisionsgeräten und Sicherheitsausrüstung –, werden diese Produkte aufgrund ihrer Vorzüge bevorzugt eingesetzt.
Im Folgenden werden die konkreten Vor- und Nachteile von bürstenlosen Motoren zusammengefasst und erläutert, für welche Anwendungsbereiche sie geeignet sind, wobei Anwendungsbeispiele aus verschiedenen Industriezweigen angeführt werden.
Inhalt dieses Abschnitts
- Die wichtigsten Vorteile von bürstenlosen Motoren
- Nachteile und zu beachtende Punkte bei bürstenlosen Motoren
- Anwendungsbeispiele nach Industriezweigen und Auswahlkriterien
Anhand dieser Informationen können Sie die für die Einstellungsentscheidung erforderlichen fachlichen Grundlagen zusammenstellen.
Die wichtigsten Vorteile von bürstenlosen Motoren
Die vier Hauptvorteile von bürstenlosen Motoren sind eine lange Lebensdauer, ein hoher Wirkungsgrad, ein geringer Geräuschpegel und Wartungsfreiheit. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Vorteile zusammengefasst.
| Vorteile | Details |
| Lange Lebensdauer | Wenig Verschleißteile, wodurch ein Betrieb von mehr als mehreren Zehntausend Stunden möglich ist |
| Hoher Wirkungsgrad | Geringe Energieverluste sorgen für einen hohen Wirkungsgrad |
| Geringe Geräuschentwicklung | Geringe mechanische und elektrische Geräuschentwicklung sowie hervorragende Laufruhe |
| Wartungsfrei | Reduzierung von Ausfallzeiten durch den Wegfall regelmäßiger Teilewechsel |
Da nur wenige Verschleißteile vorhanden sind, zeichnen sich diese Systeme durch hohe Zuverlässigkeit aus und ermöglichen einen energieeffizienten Dauerbetrieb. Dank ihrer hervorragenden Geräuscharmut und geringen elektrischen Störgeräusche eignen sie sich auch für Präzisionssteuerungen und medizinische Anwendungen. Darüber hinaus lassen sie sich kompakt und leicht gestalten, was den Gestaltungsspielraum bei der Konstruktion erweitert.
Dank dieser Eigenschaften lassen sich gleichzeitig eine höhere Zuverlässigkeit der Produkte und eine Senkung der Gesamtkosten erzielen.
Nachteile und zu beachtende Punkte bei bürstenlosen Motoren
Bürstenlose Motoren erfordern für den Antrieb spezielle Wechselrichter-Schaltungen oder Treiber, weshalb ihre Anschaffungskosten in der Regel höher sind als die von Motoren mit Bürsten. Da die Steuerung komplex ist, muss auch berücksichtigt werden, dass für die Konstruktion und Einstellung Fachwissen erforderlich ist.
Sollten Ihnen Kenntnisse im Bereich Schaltungsdesign oder Programmierung fehlen, ist die Zusammenarbeit mit externen Partnern unerlässlich. Im langfristigen Betrieb ergeben sich jedoch erhebliche Vorteile bei den Gesamtkosten durch geringere Wartungskosten und eine hohe Effizienz, sodass sich die Investition durchaus amortisieren lässt. Es ist daher erforderlich, das Verhältnis zwischen den Anfangsinvestitionen bei der Einführung und den langfristigen Kosteneinsparungen umfassend zu bewerten.
Anwendungsbeispiele nach Industriezweigen und Auswahlkriterien
Bürstenlose Motoren kommen in verschiedenen Industriebereichen entsprechend den jeweiligen Anforderungen zum Einsatz. In der folgenden Tabelle haben wir Anwendungsbeispiele und Auswahlkriterien für die wichtigsten Industriebereiche zusammengefasst.
| Industriebereiche | Wichtige Anwendungsbeispiele | Erforderliche Eigenschaften | Vorteile von bürstenlosen Motoren |
| Medizinische Geräte | Endoskope Pumpen Chirurgische Instrumente | Hohe Präzision Hohe Zuverlässigkeit Lange Lebensdauer | Wartungsfrei und gewährleistet die Patientensicherheit |
| Industrieroboter | Transportroboter Montageroboter | Dauerbetrieb Hohes Drehmoment | Hohe Effizienz für gesteigerte Produktivität und reduzierte Ausfallzeiten |
| Optische Geräte | Kameraobjektivantriebe Mikroskope | Präzisionssteuerung , vibrationsarm , hohe Ansprechgeschwindigkeit | Realisierung einer hochpräzisen Positionierung durch gleichmäßigen Betrieb |
| Sicherheitsausrüstung | Elektronische Schlösser Überwachungskameras | Energieeffizient Kompakte Bauweise Lange Lebensdauer | Langer Betrieb dank Batteriebetrieb möglich |
Bei medizinischen Geräten, beispielsweise bei Endoskopen und Pumpen, bei denen hohe Präzision und Zuverlässigkeit erforderlich sind, werden die lange Lebensdauer und die Wartungsfreiheit besonders geschätzt, da die Sicherheit der Patienten oberste Priorität hat.
Bei Industrierobotern sind ein lang andauernder Dauerbetrieb und ein hohes Drehmoment gefragt, wobei die lange Lebensdauer und der hohe Wirkungsgrad von bürstenlosen Motoren zur Steigerung der Produktivität beitragen.
Bei optischen Geräten ist eine präzise Steuerung des Linsenantriebs unerlässlich, wobei geringe Schwingungen und eine hohe Ansprechgeschwindigkeit von entscheidender Bedeutung sind.
Im Bereich der Sicherheitstechnik werden diese Lösungen zunehmend in batteriebetriebenen elektronischen Schlössern eingesetzt, um den Anforderungen an Energieeffizienz und kompakte Bauweise gerecht zu werden.
Die Auswahl des optimalen bürstenlosen Motors entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Anwendungsbereiche ist der Schlüssel zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit Ihrer Produkte.
Zusammenfassung
Bürstenlose Motoren zeichnen sich im Vergleich zu Motoren mit Bürsten durch eine lange Lebensdauer, hohe Effizienz und geringe Geräuschentwicklung aus und finden zunehmend in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung, darunter Medizin, Industrie, Präzisionsgeräte und Sicherheitstechnik.Zwar sind die Anschaffungskosten etwas höher, doch da sie wartungsfrei sind, lassen sich langfristig Kosten einsparen. Da die Auswahl des für den jeweiligen Anwendungszweck optimalen Motors ausschlaggebend für die Produktleistung ist, ist es wichtig, einen Partner zu wählen, der technische Beratung und die Anpassung der Spezifikationen an Ihre Anforderungen anbieten kann.
Die C.I. Takiron GmbH bietet unter anderem hochpräzise, coggingfreie kernlose Motoren sowie kompakte Motorlösungen an, die speziell auf die Anwendungsbereiche unserer Kunden zugeschnitten sind.
Seit dem Start unseres Mikromotor-Geschäfts im Jahr 1989 haben wir kontinuierlich technologische Innovationen vorangetrieben und in vielfältigen Bereichen – darunter medizinische Geräte, Industrieroboter, optische Geräte und Sicherheitsausrüstung – umfangreiche Erfahrungen gesammelt.Dank der hohen Zuverlässigkeit, die auf inländischer Entwicklung und einer konsequenten Qualitätskontrolle beruht, sowie unserer Fähigkeit, Spezifikationen an die jeweiligen Anwendungsbereiche anzupassen, unterstützen wir die Produktentwicklung unserer Kunden tatkräftig. Sollten Sie bei der Auswahl eines Motors Unterstützung benötigen, wenden Sie sich bitte jederzeit vertrauensvoll an uns.
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/
