In der Welt der Elektromotoren gibt es zwei bekannte Typen, die in verschiedenen Anwendungen weit verbreitet sind: der bürstenlose Gleichstrommotor (BLDC) und der Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM). Beide Motoren werden für ihre Effizienz, kompakte Größe und hohe Leistung gelobt, unterscheiden sich jedoch in ihrer Konstruktion, Steuerungstechnik und Anwendungseignung. Dieser Artikel befasst sich mit den wichtigsten Unterschieden zwischen BLDC- und PMSM-Motoren, um Benutzern zu helfen, zu verstehen, welcher Motor für ihre Anforderungen besser geeignet ist.

Aufbau und Funktionsweise

• Bürstenloser Gleichstrommotor: BLDC-Motoren sind Synchronmotoren, die ohne Bürsten laufen und von einer Gleichstromquelle angetrieben werden. Anstelle der mechanischen Kommutierung, die bei herkömmlichen Gleichstrommotoren zu finden ist, verwenden BLDC-Motoren eine elektronische Kommutierung mit Hilfe eines Wechselrichters oder einer elektronischen Steuerung. Der Rotor eines BLDC-Motors enthält Permanentmagnete, und der Stator ist mit Spulen ausgestattet, die ein rotierendes Magnetfeld erzeugen, um den Rotor anzutreiben.
• Permanentmagnet-Synchronmotor: Permanentmagnete werden auch im Rotor von PMSM-Motoren verwendet, ihr Betrieb basiert jedoch auf dem Prinzip der Synchrondrehzahl. Im Gegensatz zu Induktionsmotoren dreht sich der Rotor ohne Schlupf mit der gleichen Frequenz wie das rotierende Magnetfeld des Stators. Im Gegensatz zu BLDC-Motoren verlassen sich PMSM-Motoren häufig auf eine sinusförmige Wellenformsteuerung statt einer trapezförmigen Steuerung.

Kontrolltechniken

• BLDC-Motorsteuerung: BLDC-Motoren verwenden normalerweise eine Trapezsteuerung zur Kommutierung. Bei dieser Steuerungsmethode wird der Motor von einem rechteckigen oder trapezförmigen Wellenstrom angetrieben, was die Steuerelektronik vereinfacht und im Allgemeinen leichter zu implementieren ist. Diese Steuerungstechnik kann jedoch zu Drehmomentwelligkeit führen, was bedeutet, dass der Motor während des Betriebs leichte Drehmomentschwankungen erfährt.
• PMSM-Motorsteuerung: PMSM-Motoren werden mithilfe der feldorientierten Steuerung (FOC) oder der Vektorsteuerung gesteuert, die zwar komplexer ist, aber zu einem gleichmäßigeren Betrieb führt. Diese sinusförmige Steuerungsmethode stellt sicher, dass das Drehmoment während des gesamten Motorbetriebs konstant bleibt, was zu einer besseren Leistung führt, insbesondere bei Präzisionsanwendungen. PMSM-Motoren sind für ihre gleichmäßige Drehmomentabgabe und höhere Effizienz bei variablen Drehzahlen bekannt.

Statorwicklungsverteilung

• BLDC-Motor: Die Statorwicklungsverteilung ist typischerweise trapezförmig und so ausgelegt, dass eine trapezförmige Gegen-EMK-Wellenform entsteht. Dies führt zu einem sechsstufigen (kommutierten) Betrieb, ideal für Anwendungen, die eine präzise Positionierung erfordern.
• PMSM-Motor: Die Statorwicklungsverteilung ist sinusförmig und erzeugt eine glatte sinusförmige Gegen-EMK-Wellenform. Dies ermöglicht eine kontinuierliche Rotation mit minimaler Drehmomentwelligkeit, wodurch PMSM bei höheren Geschwindigkeiten effizienter und ruhiger wird.

Form des Permanentmagneten

• BLDC-Motor: Die Permanentmagnete sind normalerweise rechteckig oder trapezförmig, um eine trapezförmige Gegen-EMK-Wellenform zu erzeugen. Diese Form trägt dazu bei, den Kommutierungsprozess in BLDC-Motoren für einen effizienten Betrieb in einem Sechs-Stufen-Antriebssystem zu optimieren.
• PMSM-Motor: Die Permanentmagnete in PMSM-Motoren sind normalerweise gekrümmt oder sinusförmig, um eine gleichmäßige sinusförmige Gegen-EMK zu erzeugen. Diese Form verbessert die Laufruhe und verbessert Effizienz und Leistung, insbesondere bei hochpräzisen und Hochgeschwindigkeitsanwendungen.

Leistungsmerkmale

Effizienz:

Sowohl BLDC- als auch PMSM-Motoren sind dank ihres bürstenlosen Designs hocheffizient. Allerdings sind PMSM-Motoren in Bezug auf die Gesamteffizienz gegenüber BLDC-Motoren oft im Vorteil, insbesondere bei Anwendungen, die eine präzise Drehzahlregelung und ein hohes Drehmoment bei unterschiedlichen Drehzahlen erfordern.

Drehzahl und Drehmoment:

BLDC-Motoren sind für ihre hohe Drehzahl und ihr hohes Drehmoment bekannt. Sie werden häufig in Haushaltsgeräten, Pumpen, Lüftern und anderen Anwendungen eingesetzt, bei denen schnelle Reaktionszeiten entscheidend sind. Allerdings können BLDC-Motoren aufgrund der trapezförmigen Kommutierung Drehmomentwelligkeit aufweisen, was sie für Präzisionsanwendungen etwas weniger geeignet macht.

PMSM-Motoren hingegen liefern ein konstantes Drehmoment über einen größeren Drehzahlbereich, was sie ideal für Präzisionsanwendungen wie Roboter, Elektrofahrzeuge und CNC-Maschinen macht. Die sinusförmige Steuerungsmethode stellt sicher, dass der Motor reibungslos ohne Drehmomentschwankungen läuft, was ihn perfekt für anspruchsvolle Anwendungen macht, die eine konstante Leistung erfordern.

Anwendungseignung

Anwendungen für BLDC-Motoren

BLDC-Motoren werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen hohe Geschwindigkeit, geringere Kosten und einfachere Steuerelektronik erforderlich sind. Einige typische Anwendungen sind:

• Computer-Lüfter
• Klimaanlagen
• Elektrowerkzeuge
• Elektrofahrräder

Aufgrund ihrer Robustheit und Einfachheit eignen sich BLDC-Motoren ideal für Unterhaltungselektronik und Geräte, die bei hohen Geschwindigkeiten und minimalem Wartungsaufwand betrieben werden.

PMSM-Motoranwendungen

PMSM-Motoren werden bevorzugt in Hochleistungs- und Präzisionssteuerungsanwendungen eingesetzt, bei denen Effizienz und reibungsloser Betrieb entscheidend sind. Zu diesen Anwendungen gehören häufig:

• Elektrofahrzeuge (EVs)
• Industrielle Automatisierung
• Robotik
• CNC-Maschinen
• Haushaltsgeräte

Aufgrund ihrer Fähigkeit zur präzisen Steuerung und ihres effizienten Betriebs bei variablen Geschwindigkeiten eignen sich PMSM-Motoren ideal für fortschrittliche Technologien wie Elektrofahrzeuge und Industrieroboter.

Kostenüberlegungen

Aufgrund ihrer weniger komplexen Steuerelektronik sind Bürstenlose DC-Motoren in der Regel günstiger als PMSM-Motoren. Ihre Kosteneffizienz macht sie für Verbraucherprodukte der unteren Preisklasse oder in Massenproduktion attraktiv. PMSM-Motoren sind zwar aufgrund komplexerer Steuerungsanforderungen im Allgemeinen teurer, bieten jedoch in High-End-Anwendungen, bei denen Präzision entscheidend ist, eine bessere langfristige Effizienz und Zuverlässigkeit.

Vorteile und Nachteile

Merkmal	Bürstenlose DC-Motoren	PMSM-Motor
Effizienz	Hoch, aber niedriger als PMSM bei variablen Geschwindigkeiten	Extrem hoch, insbesondere bei variablen Geschwindigkeiten
Steuerung	Einfache trapezförmige Steuerung, leicht umzusetzen	Komplexe sinusförmige Steuerung, reibungsloser Betrieb
Drehmomentschwankungen	Mäßig, mit Drehmomentschwankungen	Sehr gering, mit konstantem Drehmoment
Anwendungen	Unterhaltungselektronik, Kühlventilatoren, Elektrowerkzeuge	Präzisionsmaschinen, Elektrofahrzeuge, Industrieautomation
Kosten	Geringere Anschaffungskosten, einfachere Steuerung	Höhere Kosten, bessere Effizienz auf lange Sicht

Welchen Motor sollten Sie wählen?

Die Wahl zwischen einem BLDC-Motor und einem PMSM-Motor hängt weitgehend von der spezifischen Anwendung und den Leistungsanforderungen ab:

• Wählen Sie einen BLDC-Motor, wenn Sie nach einer kostengünstigen Lösung mit mäßiger Präzision und Hochgeschwindigkeitsbetrieb suchen. Beispielsweise können Elektrowerkzeuge, Ventilatoren und Kleingeräte von der schnellen Reaktionszeit und der einfachen Steuerung von BLDC-Motoren profitieren.
• Wählen Sie einen PMSM-Motor, wenn Ihre Anwendung eine präzise Steuerung, ein konstantes Drehmoment und eine variable Drehzahlleistung erfordert. Elektrofahrzeuge, industrielle Automatisierung und Robotik profitieren häufig vom reibungslosen Betrieb und der hohen Effizienz von PMSM-Motoren.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass BLDC-Motoren und PMSM-Motoren ihre eigenen Vor- und Nachteile haben. Bei der Auswahl eines Motortyps müssen die individuellen Anforderungen und Bedingungen jeder Anwendung sorgfältig berücksichtigt werden. Für Anwendungsszenarien, die hohe Effizienz, lange Lebensdauer und gute Steuerbarkeit erfordern, können Sie BLDC-Motoren wählen; für Anwendungen, die hohe Steuergenauigkeit, einen großen Drehzahlbereich und gute Drehmomentstabilität erfordern, können Sie PMSM-Motoren wählen.