Elektromotoren haben mit effizienten Lösungen die moderne Industrie revolutioniert. Dieser Artikel vergleicht zwei beliebte Typen – bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) und kernlose Gleichstrommotoren – und konzentriert sich dabei auf ihr Design, ihre Funktionsweise, Effizienz, Haltbarkeit und Anwendungen, um Ihnen bei der Auswahl des richtigen Motors zu helfen.

Motordesign und -struktur

Bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC): Wie der Name schon sagt, funktioniert ein bürstenloser Gleichstrommotor ohne Bürsten und besteht aus zwei Hauptkomponenten: einem Permanentmagnetrotor und einem Stator mit Wicklungen. BLDC-Motoren verwenden anstelle von Bürsten eine elektronische Kommutierung und einen Kommutator, um die Stromrichtung in den Wicklungen zu steuern. Die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld des Rotors und den Statorwicklungen treibt den Rotor an, der aus Permanentmagneten besteht.

BLDC-Motoren werden in zwei Hauptkategorien unterteilt:

• Bürstenloser Gleichstrommotor mit Innenläufer: Der Rotor befindet sich im Stator. Wird häufig für Anwendungen verwendet, die Hochgeschwindigkeitsbetrieb erfordern.
• Bürstenloser Gleichstrommotor mit Außenläufer: Bei niedrigeren Geschwindigkeiten ist ein höheres Drehmoment verfügbar, da sich der Rotor außerhalb des Stators befindet.

Kernloser Gleichstrommotor: Ein kernloser Gleichstrommotor hat dank seiner innovativen Konstruktion einen eisenkernfreien Rotor. Stattdessen verwendet er eine zylindrische Wicklungsstruktur, die von einer dünnwandigen Struktur oder Spule aus hochleitfähigen Materialien getragen wird. Ohne Eisenkern sind das Gewicht und die Trägheit des Rotors deutlich geringer, was eine schnellere Beschleunigung und ein besseres dynamisches Ansprechverhalten ermöglicht. Kernlose Motoren verwenden normalerweise Bürsten zur Kommutierung, haben jedoch aufgrund ihrer geringen Rotormasse und reduzierten Induktivität einen hohen Wirkungsgrad. Wichtigste Erkenntnis:

• BLDC-Motoren haben eine konventionellere Struktur mit elektronischer Kommutierung und bieten Haltbarkeit und Vielseitigkeit.
• Kernlose Motoren verwenden einen leichteren Rotor ohne Eisenkern, was zu schnelleren Reaktionszeiten und geringerer Trägheit führt.

Bedienung und Funktionsprinzipien

Bürstenloser Gleichstrommotor: BLDC-Motoren werden durch elektronische Steuerungen gesteuert, die die Stromumschaltung in den Statorwicklungen regeln, um die Drehung aufrechtzuerhalten. Sensoren, wie z. B. Hall-Effekt-Sensoren, erkennen die Position des Rotors und leiten die elektronische Steuerung beim Umschalten des Stroms auf die richtige Wicklung an. Dadurch entfallen der mechanische Verschleiß und die Wartungsanforderungen, die mit Bürsten verbunden sind, wodurch BLDC-Motoren besser für Hochgeschwindigkeits- und Langzeitbetrieb geeignet sind.

Kernloser Gleichstrommotor: Kernlose BLDC-Motoren hingegen sind auf mechanische Bürsten angewiesen, um die Kommutierung durchzuführen. Der Rotor, der aus einer leichten Spule besteht, dreht sich innerhalb des von einem Permanentmagneten erzeugten Magnetfelds des Stators. Das Fehlen eines Eisenkerns reduziert die Drehmomentwelligkeit und Rasteffekte, was zu einer sanfteren und präziseren Bewegung führt. Kernlose Gleichstrommotoren eignen sich hervorragend für Anwendungen, die schnelle Beschleunigungen und präzise Steuerung bei geringem Drehmoment erfordern. Wichtigste Erkenntnis:

• BLDC-Motoren basieren auf elektronischer Kommutierung, was höhere Geschwindigkeiten und einen geringeren Wartungsaufwand ermöglicht.
• Kernlose Gleichstrommotoren bieten aufgrund ihrer geringen Trägheit eine höhere Laufruhe und Reaktionsfähigkeit, können jedoch aufgrund der Bürsten eine häufigere Wartung erfordern.

Effektivität und Leistungsabgabe

Bürstenloser Gleichstrommotor: BLDC-Motoren, die normalerweise mit einem Wirkungsgrad von 85 % bis 90 % arbeiten, sind für ihre hohe Effizienz bekannt. Das Fehlen von Bürsten reduziert mechanische Reibungsverluste und die elektronische Kommutierung sorgt dafür, dass der Motor bei verschiedenen Geschwindigkeiten optimal läuft. Wenn eine hohe Leistungsabgabe und Dauerbetrieb erforderlich sind, sind BLDC-Motoren die beste Wahl. In Bezug auf die Leistungsdichte haben BLDC-Motoren im Allgemeinen ein höheres Leistungsgewichtsverhältnis als Bürstenmotoren und können höhere Drehmomentlasten bewältigen, ohne die Effizienz zu beeinträchtigen. Die präzise Steuerung der Kommutierung und die Kühlung durch effiziente Designs tragen ebenfalls zur hohen Effizienz von BLDC-Motoren bei.

Kernloser Gleichstrommotor: Kernlose Gleichstrommotoren sind unglaublich effizient, wenn sie unter niedrigen bis mittleren Leistungsbedingungen betrieben werden. Ihr leichter Rotor reduziert die mit dem Starten und Stoppen verbundenen Verluste und das Fehlen eines Eisenkerns mildert Wirbelstromverluste. Dies macht kernlose Motoren bei kurzzeitigen oder intermittierenden Arbeitszyklen, bei denen schnelle Reaktionszeiten entscheidend sind, hocheffizient. Allerdings kann die Effizienz kernloser Gleichstrommotoren bei höheren Leistungen unter Umständen nicht mit der von BLDC-Motoren mithalten, da die mechanische Reibung der Bürsten mit der Zeit zunimmt, insbesondere bei Anwendungen mit langer Betriebsdauer. Wichtigste Erkenntnis:

• Aufgrund der elektronischen Kommutierung sind BLDC-Motoren in Anwendungen mit hohem Drehmoment und langer Betriebsdauer im Allgemeinen effizienter.
• Kernlose Gleichstrommotoren sind in Anwendungen mit geringem Stromverbrauch und hoher Präzision effizienter, können jedoch bei dauerhaft hoher Belastung an Effizienz verlieren.

Vorteile und Nachteile

Bürstenlose DC-Motoren

Vorteil	Nachteil
Hohe Effizienz: Minimale Verluste durch fehlende Bürsten.	Kosten: BLDC-Motoren sind aufgrund der Notwendigkeit elektronischer Steuerungen typischerweise teurer als kernlose Motoren oder Bürstenmotoren.
Haltbarkeit: Lange Lebensdauer bei minimalem Wartungsaufwand.
Hohes Drehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten: Ideal für Anwendungen, die eine präzise Steuerung erfordern.
Geräuscharmer Betrieb: Geeignet für geräuschempfindliche Umgebungen.	Komplexität: Das elektronische Kommutierungssystem erhöht die Komplexität des Motordesigns.
Wärmeableitung: Beherrscht effizient die Wärmeentwicklung während langer Betriebszeiten.

Kernloser Gleichstrommotor

Vorteil	Disadvantage
Leichtbauweise: Hervorragendes Leistungsgewichtsverhältnis durch fehlenden Eisenkern.	Bürstenverschleiß: Die vorhandenen Bürsten erfordern regelmäßige Wartung und Austausch.
Schnelle Beschleunigung: Geringe Rotorträgheit ermöglicht schnelle Geschwindigkeitsänderungen.	Wärmeentwicklung: Obwohl sie geringer ist als bei herkömmlichen Motoren, erzeugen Bürsten dennoch Reibung, die zu einer Wärmeentwicklung führt.
Kompakte Größe: Geeignet für Miniaturanwendungen mit begrenztem Platz.	Geringeres Drehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten: Kernlose Motoren haben im Vergleich zu BLDC-Motoren möglicherweise Schwierigkeiten, bei niedrigen Geschwindigkeiten ein hohes Drehmoment bereitzustellen.
Hohe Präzision: Ideal für die Präzisionssteuerung in sensiblen Anwendungen.

Haltbarkeit und Wartung

Bürstenloser Gleichstrommotor: Einer der Hauptvorteile von BLDC-Motoren ist ihre lange Lebensdauer und der geringe Wartungsaufwand. Da es keine Bürsten oder Kommutatoren gibt, die verschleißen können, entsteht der einzige nennenswerte Verschleiß durch die Lager, die bei richtiger Pflege lange halten können. Das elektronische Kommutierungssystem macht häufige Wartung überflüssig, was BLDC-Motoren zur bevorzugten Wahl für Anwendungen in der industriellen Automatisierung, Robotik und Luft- und Raumfahrt macht, bei denen Ausfallzeiten minimiert werden müssen.

Kernloser Gleichstrommotor: Kernlose Gleichstrommotoren sind zwar hocheffizient und präzise, ​​unterliegen jedoch aufgrund der bei der Kommutierung verwendeten mechanischen Bürsten einem Verschleiß. Mit der Zeit können sich die Bürsten und der Kommutator abnutzen, was zu erhöhtem Wartungsaufwand und einem möglichen Motorausfall führt. Da kernlose Motoren auf ihr leichtes Rotordesign angewiesen sind, können sie außerdem anfälliger für thermische Probleme sein, wenn sie kontinuierlich mit hoher Leistung betrieben werden, da weniger Masse vorhanden ist, die Wärme absorbieren kann. Wichtigste Erkenntnis:

• BLDC-Motoren bieten eine höhere Haltbarkeit und einen geringeren Wartungsaufwand, sodass sie sich für anspruchsvolle Anwendungen im Dauereinsatz eignen.
• Kernlose Motoren müssen aufgrund des Bürstenverschleißes unter Umständen häufiger gewartet werden, sodass sie sich ideal für Anwendungen eignen, bei denen der Motor nur unregelmäßig verwendet wird.

Anwendungen

Bürstenloser Gleichstrommotor: Aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit, hohen Leistungsdichte und langen Lebensdauer werden BLDC-Motoren in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Einige gängige Anwendungen sind:

• Elektrofahrzeuge (EVs): Hohe Effizienz und Langlebigkeit machen sie ideal für Langstreckenfahrten.
• Drohnen und UAVs: Leicht, hohes Drehmoment und zuverlässiger Betrieb bei verschiedenen Geschwindigkeiten.
• Medizinische Geräte: Hohe Präzision und reibungsloser Betrieb, insbesondere bei Anwendungen wie Beatmungsgeräten und Roboterchirurgie.
• Industrielle Automatisierung: BLDC-Motoren werden aufgrund ihres geringen Wartungsaufwands und ihrer hohen Leistung häufig in Fabrikausrüstungen, Robotern und Automatisierungssystemen eingesetzt.

Kernloser Gleichstrommotor: Kernlose Motoren werden typischerweise in Anwendungen eingesetzt, bei denen geringe Trägheit, schnelle Reaktion und präzise Steuerung erforderlich sind. Dazu gehören:

• High-End-Robotik: Dank präziser Steuerung und geringer Drehmomentwelligkeit sind sie perfekt für Operationsroboter und Präzisionsinstrumente geeignet.
• Kleine Elektrowerkzeuge: Das leichte Design kernloser Motoren ermöglicht einen schnellen und reaktionsschnellen Betrieb in Geräten wie Zahnbohrern und Miniaturwerkzeugen.
• Luftfahrtanwendungen: Kernlose Motoren werden aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Leistungsfähigkeit in Umgebungen mit starken Vibrationen in Satellitenausrüstung und Steuerungssystemen eingesetzt.

Wichtigste Erkenntnis:

• BLDC-Motoren eignen sich ideal für Anwendungen, die Dauerbetrieb, hohe Leistung und Effizienz erfordern, wie etwa Elektrofahrzeuge, Drohnen und industrielle Automatisierung.
• Kernlose Gleichstrommotoren eignen sich hervorragend für Anwendungen, die schnelle Reaktion, geringe Trägheit und Präzision erfordern, wie etwa medizinische Geräte und High-End-Robotik.

Kostenbetrachtung

Bürstenloser Gleichstrommotor: Da Permanentmagnete und komplexe elektronische Steuerungen erforderlich sind, sind BLDC-Motoren normalerweise teurer als Bürstenmotoren. Die lange Lebensdauer und die geringeren Wartungskosten rechtfertigen jedoch häufig die anfängliche Investition, insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Zuverlässigkeit und Dauerbetrieb erfordern.

Kernloser Gleichstrommotor: Kernlose Motoren sind tendenziell teurer als herkömmliche Bürstenmotoren, was hauptsächlich auf das anspruchsvolle Design und die für die Rotorkonstruktion verwendeten Materialien zurückzuführen ist. Das leichte Design und die präzise Steuerung haben höhere Kosten, weshalb kernlose Motoren besser für Anwendungen geeignet sind, bei denen Leistung wichtiger ist als Kosteneinsparungen. Wichtigste Erkenntnis:

• BLDC-Motoren sind zwar wartungsintensiver und haben eine längere Lebensdauer, aber langfristig gesehen sind sie kostengünstiger.
• Kernlose Gleichstrommotoren sind teurer als herkömmliche Motoren und eignen sich ideal für Hochleistungsanwendungen mit geringer Trägheit, bei denen es auf Präzision ankommt.

Welcher Motor ist der richtige für Sie?

Die Wahl zwischen einem bürstenlosen Gleichstrommotor und einem kernlosen Gleichstrommotor hängt von den spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung ab.

• Wenn Ihre Anwendung hohe Leistung, langen Dauerbetrieb und geringen Wartungsaufwand erfordert, ist der BLDC-Motor die beste Wahl. Er eignet sich am besten für Branchen wie Elektrofahrzeuge, Drohnen und industrielle Automatisierung, in denen Effizienz und Langlebigkeit entscheidend sind.
• Liegt der Schwerpunkt hingegen auf Präzision, geringem Gewicht und schnellem dynamischen Ansprechen, ist der kernlose Gleichstrommotor besser geeignet als andere. Aufgrund ihrer geringen Trägheit und Reaktivität werden diese Motoren häufig in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizintechnik und in High-End-Roboteranwendungen eingesetzt.

Wenn Sie die Vor- und Nachteile der einzelnen Motoren kennen, können Sie den Motor auswählen, der Ihren Anforderungen in Bezug auf Kosten und Leistung am besten entspricht.