Der Unterschied zwischen bürstenbehafteten und bürstenlosen Motoren

Was ist der Unterschied zwischen gebürstet und bürstenlos Motoren ? Einer hat Pinsel und der andere nicht, oder?

Während dies an der Oberfläche natürlich zutrifft, ist die eigentliche Frage, warum beide Typen existieren? Was sind die Hauptvorteile und -beschränkungen von beiden?

Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.

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Bevor wir jedoch mit dem Vergleich der beiden beginnen, ist es hilfreich, einige Zeit damit zu verbringen, jeden Motortyp einzeln zu diskutieren.

Was ist ein Bürstenmotor?

Ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor verwendet gewickelte Drahtspulen, die als Anker bezeichnet werden und als zweipoliger Elektromagnet wirken. Zweimal pro Zyklus wird die Richtung des Stroms durch den Kommutator umgekehrt, der ein mechanischer Drehschalter ist. Die Pole des Elektromagneten ziehen und drückenDer Kommutator kehrt dann die Polarität des Elektromagneten des Ankers um, wenn seine Pole die Pole der Permanentmagnete kreuzen, um einen Gleichstrom zu bilden.

Bürstenmotoren waren die ersten kommerziell wichtigen Motoren und werden seit weit über 100 Jahren zum Betrieb von Motoren in gewerblichen und industriellen Anwendungen eingesetzt. Sie sind die grundlegendsten und werden seit dem späten 19. Jahrhundert eingesetzt.

Die Drehzahl von Bürstenmotoren kann durch Ändern der Betriebsspannung oder der Stärke des darin enthaltenen Magnetfelds variiert werden.

Diese Steuerungsebene ist für viele Anwendungen sehr nützlich.

Bürstenmotoren bestehen in der Regel aus vier Grundkomponenten :

• Der Stator
• Der Rotor oder Anker
• Pinsel offensichtlich
• Ein Kommutator

Wir werden im nächsten Abschnitt diskutieren, wie diese Komponenten funktionieren.

Wie funktioniert ein gebürsteter Motor?

Wie bereits erwähnt, a Bürstenmotor besteht aus vier Grundkomponenten. Die erste, Stator genannt, erzeugt ein stationäres Magnetfeld, das den Rotor umgibt.

Dieses Magnetfeld wird mit zwei gekrümmten Permanentmagneten erzeugt. Diese Magnete sind normalerweise stationär bewegen sich nicht, daher der Begriff.

Es ist auch wichtig zu beachten, dass der Nordpol zum Rotor und der Südpol zum Rotor zeigt.

Der Rotor oder Anker besteht aus Drahtspulen, die, wenn Strom durch sie fließt, ein Magnetfeld erzeugen können.

Dies ist der Teil, der sich bewegt daher der Name 'Rotor' und die Hauptwelle des Motors dreht.

Durch magnetische Polaranziehung versucht das Magnetfeld des Rotors, sich mit dem des Stators auszurichten / abzustoßen, wodurch sich der Rotor um seine Achse dreht.

Wenn Elektrizität zum Motor geleitet wird, wird ein Magnetfeld erzeugt, das die festen Magnete im Stator anzieht und gegen diese abstößt. Damit sich der Rotor weiter dreht, muss das Magnetfeld jedes Mal umgekehrt werden. 180 Grad Drehung des Rotors in einem einfachen einarmigen Bürstenmotor.

Diese Änderung der magnetischen Polarität des Rotors wird von den Bürsten des Motors normalerweise aus Kohlenstoff und einem Kommutator dem Teil, der den elektrischen Strom zum Anker des Rotors "pendelt" oder umkehrt ausgeführt. Die Bürsten sind normalerweise nur zwei feste Elektroden, die reibengegen den Kommutatorring, wenn er sich mit dem Rotor dreht.

Die Bürsten sind in der Regel auch federbelastet, um sicherzustellen, dass sie mit dem Kommutator in Kontakt bleiben.

Der Kommutator besteht normalerweise aus einem kleinen, normalerweise kupferfarbenen Zylinder, der mit regelmäßigen Unterbrechungen am Rotor befestigt ist z. B.. 180 Grad in einem einzelnen Ankerrotor.Elektrischer Strom fließt durch eine Hälfte des Kommutators, durch den Anker und zurück aus der anderen Hälfte des Kommutators.

Wenn sich der Rotor Anker dreht, dreht sich auch der Kommutator und bildet und unterbricht ständig einen Stromkreis mit den Bürsten. Dies bewirkt, dass die Magnetpole der Rotorwicklungen die magnetische Polarität umkehren, wenn der Stromkreis in eine Richtung unterbrochen und wieder angeschlossen wirdder andere - dh der Strom kehrt sich alle um 180 Grad .

Komplexere Motoren haben eine Reihe von Ankern mit Unterbrechungen am Kommutator. Dies verhindert ein mögliches Festfressen des Motors, wenn die Bürsten einen Stromkreis über die Kommutatorlücken schließen.

Mit anderen Worten, jede Ankerschleife wird abwechselnd zu einem Elektromagneten und zieht die äußeren Permanentmagnete mit festem Stator an / stößt sie ab. Ziemlich ordentlich.

Bei echten Motoren bestehen Anker auch aus einer Masse von Drähten anstelle eines einzelnen Drahtes. Dies trägt dazu bei, die Stärke des Elektromagneten und damit das Drehmoment des Motors erheblich zu verbessern.

In der Regel sind bürstenbehaftete Gleichstrommotoren in einem Gehäuse aus gepresstem Stahl und verzinktem Stahl mit einer Kunststoffkappe an einem Ende untergebracht. Das Gehäuse und die Kappe weisen normalerweise eine Reihe von Löchern auf, die im Allgemeinen vorhanden sind, um einen Luftstrom durch den Motor zu ermöglichen und eine Überhitzung zu vermeiden.

Normalerweise gibt es auch Schraubenlöcher für die Montage des Motors. Die Kunststoffkappe hält auch ein Paar Verbindungsstifte zum Anschließen des Netzteils und zum Verhindern eines Kurzschlusses durch Kontakt mit dem Metallmotorgehäuse.

Wenn Sie Probleme haben, die Funktionsweise eines DC-Bürstenmotors zu visualisieren, hier ist eine großartige Simulation .

Wofür werden Bürstenmotoren verwendet?

Gebürstete Gleichstrommotoren BLDC sind praktisch überall in Ihrem Zuhause und unterwegs zu finden. Wann immer ein Mittel zur Umwandlung von Elektrizität in Drehbewegung erforderlich ist, finden Sie wahrscheinlich einen gebürsteten Gleichstrommotor.

In Ihrem Zuhause wird jedes Spielzeug oder elektronische Gerät, das sich bewegt, wahrscheinlich eines haben. Elektrische Zahnbürsten, motorisierte Brotschneidemaschinen, das Lieblings-RC-Car Ihres Kindes, werden diese erstaunlichen technischen Vorteile nutzen.

In der ganzen Welt sind DC-Bürstenmotoren heute noch weit verbreitet in Maschinen wie elektrische Antriebssysteme, Kräne, Bohrer , und Stahlwalzwerke, um nur einige zu nennen, da das Verhältnis von Drehmoment zu Drehzahl geändert werden kann, das nur für Bürstenmotoren gilt

Was ist ein bürstenloser Motor?

Im Gegensatz zu gebürsteten Gleichstrommotoren und wie der Name schon sagt, machen bürstenlose Gleichstrommotoren die Notwendigkeit von Bürstenelektroden zum Drehen des Rotors überflüssig. Sie machen auch einen physischen Kommutator überflüssig.

Auch als elektronisch kommutierte Motoren ECM- oder EC-Motoren bekannt, wird allgemein angenommen, dass sie im Vergleich zu Bürstenmotoren ein höheres Leistungsgewicht, eine höhere Geschwindigkeit, ein höheres Steuerungsniveau und geringere Wartungsanforderungen aufweisen.

Sie kehren teilweise auch die Arbeitsprinzipien des Bürstenmotors um. Beispielsweise werden Permanentmagnete am Rotor verwendet, während steuerbare Elektromagnete zum Drehen des Rotors verwendet werden.

Bürstenlose Motoren gibt es normalerweise in zwei Formen :

• Inrunner - Hier befindet sich der Stator außerhalb des Rotors.
• Outrunner - Hier befindet sich der Stator im Inneren des Rotors. Dies ist bei älteren Diskettenlaufwerken usw. der Fall. Der Begriff stammt von der Tatsache, dass der Rotor nach außen läuft oder sich dreht.

Bei einem bürstenlosen Motor sind die Kupferwicklungsspulen fixiert, da sich der Permanentmagnet mit dem Rotor dreht. Eine kleine Leiterplatte wird verwendet, um die Arbeit der Bürsten in einem herkömmlichen Bürstenmotor nachzuahmen, indem die Energieversorgung des Motors gesteuert wirdElektromagnete.

Abgesehen davon ist das Grundprinzip der Technologie dasselbe wie bei einem Bürstenmotor, obwohl die Anwendung etwas anders ist. Bürstenlose Motoren tauchten erstmals in den 1960er Jahren auf, dank der Einführung der Festkörperelektronik.

Wie funktioniert ein bürstenloser Motor?

Wir haben bereits ausführlich untersucht, wie ein Bürstenmotor funktioniert. A bürstenloser Motor funktioniert, wie bereits vorgeschlagen, ähnlich, mit der Ausnahme, welche Teile fixiert sind und welche Teile sich drehen.

Der elektrische Strom wird dem Rotor überhaupt nicht zugeführt, und die Permanentmagnete sind an der Welle und nicht am Stator angebracht. Die Elektromagnetspulen sind am Stator befestigt und müssen daher nicht mehr benötigt werdenBürstenelektroden und ein Kommutator.

Wie bei gebürsteten Elektromagnetspulen bestehen die Spulen hier normalerweise aus einem in Drähte gewickelten Weicheisenkern.

Die festen Elektromagnetspulen werden nacheinander schrittweise ein- und ausgeschaltet, um sie vorübergehend zu magnetisieren, um die Permanentmagnete am Rotor entweder abzustoßen oder anzuziehen. Sie verwenden tatsächlich Magnetismus, um die am Rotor angebrachten Magnete zu drücken und zu zieheneinen Spin der Welle beeinflussen.

Auf diese Weise wird ein Drehmoment erzeugt, indem die Magnetfelder von Rotor und Stator ständig falsch ausgerichtet bleiben. Während die Permanentmagnete versuchen, sich auszurichten, schaltet sich das Steuerungssystem des Motors automatisch aus oder ändert die Polarität der Elektromagnete, um die Fehlausrichtung von aufrechtzuerhaltenFelder.

Dies wird durch die Verwendung von Sensoren erreicht, die den Winkel des Rotors insbesondere der Permanentmagnete jederzeit erfassen können. Halbleiterschalter werden dann wie Transistoren verwendet, um den elektrischen Strom durch die elektromagnetischen Wicklungen zu ändern.

Wie bei einem Bürstenmotor kann das Magnetfeld der Spulen bei Bedarf durch Umkehren der Stromrichtung in ihnen umgekehrt werden. Sie können auch vollständig ausgeschaltet werden, indem der Spule einfach jeglicher elektrischer Strom verweigert wird zum Beispiel: Schaltenaus.

Die Drehung der Welle kann auch durch Einstellen der Stromstärke in den Spulen gesteuert werden.

Wofür werden bürstenlose Motoren verwendet?

Bürstenlose Gleichstrommotoren wie gebürstete werden heutzutage fast allgegenwärtig verwendet. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und ihrer Steuerbarkeit sowie ihrer längeren Lebensdauer sind sie in der Regel in Geräten zu finden, die entweder kontinuierlich laufen oder regelmäßig verwendet werden.

Sie sind beispielsweise in Waschmaschinen, Klimaanlagen, elektrischen Ventilatoren und anderer Unterhaltungselektronik zu finden. Aufgrund ihrer Funktionsweise haben sie zu einer erheblichen Reduzierung des Stromverbrauchs vieler moderner elektronischer Geräte beigetragen.

Elektrofahrzeuge und Drohnen nutzen aufgrund ihrer Fähigkeit zur präzisen Steuerung auch bürstenlose Motoren. Dies ist wichtig, da Drohnen die Drehzahl jedes Rotors ständig und präzise steuern müssen, um Aktionen wie Schweben ausführen zu können.

Sie finden sie auch in Vakuummaschinen und wurden früher zum Drehen von Festplatten in älteren Computern verwendet. Sie werden auch häufig in Computerlüfterbaugruppen verwendet.

Langlebigkeit und Betriebszuverlässigkeit auf lange Sicht sowie Energieeffizienz und hohes Verhältnis von Ausgangsleistung zu Größe macht sie schnell zum Motor der Wahl für viele heute in der Entwicklung befindliche Elektronikgeräte.

Aus diesem Grund wird erwartet, dass bürstenlose Motoren immer breitere Anwendungen finden. Sie werden beispielsweise wahrscheinlich ein gemeinsames Merkmal von Servicerobotern sein, da bürstenlose Motoren besser zur Kraftsteuerung geeignet sind als andere Alternativen wie Schrittmotoren.

Was ist der Hauptunterschied zwischen bürstenbehafteten und bürstenlosen Motoren?

Inzwischen sollten Sie den Unterschied zwischen den beiden Arten von schätzen. Motoren . Aufgrund ihrer unterschiedlichen Designs gibt es einige andere inhärente Vorteile des einen gegenüber dem anderen.

Dazu gehören unter anderem :

• Gebürstete Motoren sind aufgrund von Leistungsverlusten durch Reibung und Kraftübertragung über das Kommutatorsystem relativ ineffizient.
• Bürstenlose Motoren sind dagegen effizienter, da bei Bürstenmotoren keine mechanischen Verluste auftreten.
• Bürstenmotoren haben aufgrund ihres Designs aufgrund des Verschleißes der Bürsten eine kürzere Lebensdauer. In der Regel müssen sie je nach Betriebstemperatur und Arbeitsumgebung alle zwei bis sieben Jahre ausgetauscht werden.
• Da bürstenlose Motoren keine Bürsten und keine physischen Kommutatoren haben, ist insgesamt weniger Wartung erforderlich.

• Gebürstete Motoren erfordern kompliziertere Methoden zur Drehzahlregelung. Durch Verringern der Spannung wird das Drehmoment des Motors verringert. Dies führt jedoch zu niedrigeren Drehzahlen, da das Drehmoment dramatisch abnimmt.
• Bürstenlose Motoren sind relativ einfach zu steuern. Aus diesem Grund ist das Drehmoment bei bürstenlosen Motoren bei niedrigeren Drehzahlen tendenziell höher.
• Bürstenmotoren laufen in der Regel zu schnell, um für die meisten Anwendungen nützlich zu sein. Aus diesem Grund benötigen sie in der Regel ein Getriebesystem, um die Drehzahl zu verringern und dadurch das Drehmoment zu erhöhen.
• Bürstenlose Motoren zeichnen sich jedoch in dieser Hinsicht aus. Aus diesem Grund werden sie häufig direkt ohne Getriebe eingesetzt. Einige Spezialanwendungen verwenden möglicherweise Getriebe, wenn sie eine sehr hohe Präzision oder ein höheres Drehmoment erfordern.
• Bürstenlose Motoren sind leichter, langlebiger, effizienter und für einige Anwendungen sicherer. Sie laufen auch viel leiser.
• Buchsenmotoren können Funken erzeugen, was an Orten mit Explosionsgefahr nicht ideal ist. Aus diesem Grund sind bürstenlose Motoren unter gefährlichen Arbeitsbedingungen häufig die bevorzugte Wahl.
• Viele Werkzeuge, die bürstenlose Motoren verwenden, werden oft als "intelligente Motoren" bezeichnet. Dies liegt daran, dass Sensoren verwendet werden, um den Widerstand gegen den Motor für Dinge wie Bohrmaschinen zu bestimmen. Die Stromversorgung kann daher automatisch angepasst werden. Dies ermöglicht solche Werkzeugeaus Sicht des Stromverbrauchs sehr effizient.
• Angesichts der relativen Komplexität bürstenloser Motoren ist es nicht verwunderlich, dass sie tendenziell teurer sind. Gebürstete Motoren sind dagegen relativ billig.

Und das ist, wie sie sagen, ein Wrap.

Wir hoffen, dass Sie jetzt ein Verständnis für die beiden Motortypen und die Grundprinzipien haben, die ihrem Design zugrunde liegen. Sie sollten jetzt auch die relativen Vor- und Nachteile beider Geräte kennen.

Wenn Sie sich das nächste Mal überlegen, sich ein Elektrowerkzeug oder einen Motor für Ihr nächstes Projekt zu schnappen, möchten Sie vielleicht ein bisschen mehr für ein bürstenloses herausholen?