BLDC Motor
BLDC Motor
BLDC 40 Motor für Akkuschrauber

Flexibilität spricht für BLDC-Motoren

Der Gleichstrommotor (DC, Direct Current-Motor mit Bürsten) ist im Bereich der Kleinst- und Kleinmotoren immer noch der am weitesten verbreitete Antrieb in der Industrie und der Automobiltechnik. In Konkurrenz steht er u.a. zum elektronisch kommutierten Motor (BLDC, Brushless DC-Motor, mit oder ohne Sensoren), wie er von der PMDM GmbH entwickelt wird.

Statt mit verschleißanfälligen Bürsten arbeitet ein BLDC-Motor mit elektronischen Sensoren, die die Rotorposition erfassen und über Leistungsschalter die Statorspulen kommutieren. Eine spezifische Software in der Elektronik steuert dabei den Motor. Der Schwerpunkt heutiger Entwicklungen liegt demnach in der Software und Elektronik. Je sorgfältiger sie ausgearbeitet werden, um so effizienter funktioniert der Motor und vielseitiger sind seine Einsatzgebiete. Über integrierte Closed Loop Reglungen können beispielsweise die Drehzahl, Stromaufnahme, Temperatur, Position und Spannung gemessen, überwacht und geregelt werden. Gerade für akkubetriebene Anwendungen im hohen Drehzahlbereich bringt der BLDC-Motor Vorteile, zum Beispiel trennt die Software den Motor vom Strom, sobald die Energie zu Neige geht. Die Schwelle für diesen Tiefentladeschutz ist dabei frei parametrisierbar. Der BLDC-Motor aus der PM DM-Entwicklungsreihe ist in der Regel ein typischer Innenläufermotor, mit einem Wirkungsgrad von mehr als 85% inklusive der Elektronik. Über die integrierten Hallsensoren misst die intelligente Elektronik die Position und erkennt die Drehrichtung des Rotors, dadurch sind einfache Positionieraufgaben realisierbar. In vielen Fällen ist diese Funktion ausreichend um einen zusätzlichen, teuren Drehwinkelgeber, Encoder oder Resolver überflüssig zu machen. Auch können über die integrierte Positionsmessung mehrere Motoren synchronisiert werden, Algorithmen zur Realisierung einer elektronischen Welle sind in der Firmware bereits integriert.

Externe Festplatte
Festplattenantrieb (Spindle Motor)

Oft steht der Anwender vor der Qual der Wahl, „welchen Motor nehme ich und welche Anforderungen soll er haben?“ Was er in dieser Situation braucht, ist ein Motor, den er ausgiebig in seiner Applikation testen und selber parametrisieren kann. Solche Lösungen bietet das Entwicklungsunternehmen aus Süddeutschland an: Ohne umständliche Treiberinstallation kann der Anwender über seinen PC alle wichtigen Motorparameter wie Start-Stopp, Strom, Drehzahl usw. eingeben. Damit tastet er sich ganz einfach unter realen Bedingungen an das Optimum heran. Ein weiterer Clou der modernen Technik besteht darin, dass der Anwender über eine busfähige Schnittstelle mehrere Motoren gleichzeitig parametrieren kann. Außerdem können spezifische Messwerte des Motors ausgelesen und zur späteren Auswertung zyklisch gespeichert werden. Vorbei sind die Tage, an denen man sich mit unzähligen Mustermotoren der Anwendung "Step by Step" annähern muss. Das spart Zeit und Geld!

 

Weitere Pluspunkte des BLDC-Motors sind der höhere Wirkungsgrad, die lange Lebensdauer und eine besondere Laufruhe mit Präzisionskugellagern. Auch die elektrische Störabstrahlung ist drastisch reduziert, bei gleichzeitig besseren thermischen Eigenschaften. So gerieten in den letzten Jahren in der Automobiltechnik die Bürstenmotoren immer stärker in die Kritik und wurden durch bürstenlos betriebene Motoren ersetzt. Für den Einsatz in explosionsgeschützten Anwendungen ist der bürstenlose Gleichstrommotor geradezu prädestiniert und in Pumpantrieben muss er nicht unbedingt zum Flüssigkeitskreislauf hin abgedichtet werden. Rotor und Lager können durchaus im flüssigen Medium laufen.

 

Der wohl am weitesten verbreitete BLDC-Motor ist der Festplattenantrieb in Desktop-PCs, Notebooks, Spielkonsolen, Cloudservern, externen Server- bzw. Festplatten usw. Kaum jemand weiß, dass das Herz einer Computerfestplatte ein kleiner bürstenloser Motor ist, der im technischen Sprachgebrauch als Spindle Motor bezeichnet wird. Besondere Fluid-Lagersysteme bringen diese Außenläufermotoren auf Touren und erreichen Drehgeschwindigkeiten bis zu 15.000 U/min. Sie sind sehr verschleißarm, besitzen eine hohe Steifigkeit und entwickeln fast gar keine hörbaren Geräusche. Die Energieeffizienz und Wirkungsgrad solcher Spezialmotoren sind sehr hoch. Motoren dieser Art können nur noch von wenigen Herstellern entwickelt und gebaut werden. Dabei liegt der Fokus in der Konstruktion der Fluid-Lager und in der Entwicklung von Fertigungstechnik. In der Praxis fliegt der Schreib-Lesekopf bei einer Festplatte zwischen 3 und 5 Nanometer auf einem Luftpolster über die magnetische Datenträgerscheibe, dabei darf der Spindle Motor wenig unkorrekte radiale wie axiale Bewegungen im Nanometerbereich aufweisen. Jedes Staubkorn und jede Divergenz des Motors bedeuten den Ausfall einer Festplatte und den damit verbundenen Verlust von Daten. Darum findet die Fertigung solcher BLDC-Motoren in Reinräumen unter hohen Qualitäts- und Sicherheitsstandards statt. Das Equipment zum Bauen der Festplattenmotoren wird im Allgemeinen von den Motorherstellern selber entwickelt.

 

Ausblick

Bis vor wenigen Jahren lagen die Herstellungskosten von BLDC-Motoren deutlich über den der Bürstenmotoren. Optimierte Verfahrens- und Fertigungstechniken führten jedoch zu einer drastischen Reduzierung. In der Massenproduktion sind die Herstellungskosten mittlerweile fast identisch mit denen der Bürstenmotoren. Lediglich die Kosten für die Elektronik und die Entwicklung der Software fallen bei BLDC-Motor zusätzlich an. Im Hinblick auf die lange Lebensdauer sowie die besseren und flexibleren Eigenschaften lohnen sich die geringen Mehrinvestitionen allerdings.

 
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