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DC-Motor

Bürstenlose Motoren haben ein langes Leben

| Autor/ Redakteur: Reinhard Kluger / Stéphane Itasse

Elektromotoren in der Industrie müssen lange laufen. Stoßen mechanisch kommutierte DC-Motoren an ihre Grenzen, helfen bürstenlos kommutierte weiter – mit und ohne Eisen. Davon gibt es inzwischen eine breite Produktpalette.

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Eisenbehaftete BLDC-Motoren bieten einen hohen Wirkungsgrad.
Eisenbehaftete BLDC-Motoren bieten einen hohen Wirkungsgrad.
(Bild: Koco Motion)

„Bürstenlose Gleichstrommotoren gibt es schon seit Ende der 70er Jahre, damals vornehmlich in Lüftern eingebaut. Mit der Miniaturisierung der elektronischen Bauteile setzten sie sich nach und nach auch bei vielen weiteren Anwendungen durch. Heute werden sie in großen Stückzahlen überall dort eingesetzt, wo es auf hohe Standzeiten ankommt“, sagt Gerhard Kocherscheidt, Geschäftsführer der Koco Motion GmbH in Dauchingen. „Wir haben sie im letzten Jahr bei uns eingeführt, weil der Markt verstärkt nach langer Lebensdauer und Wartungsfreiheit für diese Art von Antrieben fragt“, so Kocherscheidt.

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Mit bürstenlosen Motoren lassen sich hochdynamische Antriebe realisieren

EC-Motoren bieten die Möglichkeit, die elektronische Kommutierung in Abhängigkeit von Rotorposition und -drehzahl sowie Drehmoment auszuführen. Um Rotorposition und Drehzahl zu erfassen, gibt es verschiedene Möglichkeiten:

Bei der sensorlosen Kommutierung erfolgt die Erfassung der Rotorposition über die in den Spulen des Stators induzierte Gegenspannung. Diese Kommutierungsart eignet sich sehr gut für Dauerläufer bei hohen Drehzahlen wie sie bei Lüftern oder Propellerantrieben in Modellhubschraubern vorkommen.

Bei der sensorgesteuerten Kommutierung erfassen drei um 120° versetzte Hallsensoren die Stellung des Rotors, indem sie entsprechende Schaltsignale geben. Gewöhnlich werden bei dieser Kommutierung bei drei oder mehr Phasen nicht alle Phasen zugleich bestromt. Zumindest eine Phase bleibt hier zu jedem Zeitpunkt stromlos. Mit diesem Prinzip lassen sich hochdynamische Antriebe realisieren und die Drehzahl regeln. Positionierungen sind nur mit der groben Auflösung der Hallsensoren möglich. Die sensorgesteuerte Kommutierung ist beispielsweise prädestiniert für den Einsatz in kleinen Pumpen, Scannern oder Propellerantrieben.

Bürstenlose Motoren hochdynamisch wie bei einem Servoantrieb regeln

Ein weiteres Prinzip ist die Kommutierung über Hallsensoren zusammen mit hochauflösenden Encodern: Diese Version benötigt eine aufwändigere Steuerung mit Lageregler. Mit ihr lässt es sich sehr genau entsprechend der Encoder-Auflösung positionieren und so hochdynamisch wie bei einem Servoantrieb regeln. Einsatzfälle für diese aufwändigste Art der Kommutierung finden sich zum Beispiel als Positionierantriebe in Mikroskopen und medizinischen Geräten sowie in Kartenlesern.

Für anspruchsvolle Applikationen bietet sich die Vektorregelung an. Im Gegensatz zum Betrieb am Dreiphasennetz passt sich hier nicht die Rotorlage passiv der Spannung und dem Drehmoment an, sondern die Spannungen aller Phasen aktiv an Rotorlage und gewünschtem Drehmoment. Dazu werden alle Phasen mit sinusförmiger Spannung angesteuert und zeitgleich bestromt.

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