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Gleichstrom-Elektromotoren gehören zu den wichtigsten Erfindungen, auf die sich die moderne Welt stark verlassen hat. Diese Motoren werden in Haushaltsgeräten, Elektrowerkzeugen, Drohnen, PC-Kühlsystemen, Robotik und Elektrofahrzeugen eingesetzt.
Zwei der gebräuchlichsten DC-Elektromotoren, die heute verwendet werden, sind bürstenbehaftete und bürstenlose DC-Motoren. Beide Motoren haben die gleiche Grundidee, Elektromagnetismus zu verwenden, um mechanische Rotationen bereitzustellen. Aber mit unterschiedlichen Designkonzepten haben bürstenbehaftete und bürstenlose Motoren zwangsläufig ihre Unterschiede in Leistung, Kosten und Wartung.
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Welches Motordesign ist also besser – gebürstet oder bürstenlos?
Wie funktioniert ein Gleichstrom-Elektromotor?
Elektromotoren wandeln elektrische Energie in mechanische Energie um. Sie tun dies, indem sie Strom durch Kupferwicklungen fließen lassen und ein elektromagnetisches Feld erzeugen, das die Permanentmagnete im Inneren des Motors erregt, wodurch sich der Rotor bewegt und mechanische Energie erzeugt.
Obwohl sowohl bürstenbehaftete als auch bürstenlose Motoren das gleiche Ziel haben, Elektrizität in mechanische Energie umzuwandeln, sind ihre Konstruktionen unterschiedlich. Um ihren Unterschied zu verstehen, lassen Sie uns über das Motordesign sprechen, beginnend mit dem Bürstenmotor.
Gebürstetes Motordesign
Bürstenmotoren werden seit über einem Jahrhundert produziert. Es ist bekannt, dass sie ein vereinfachtes Design haben, bei dem ein Paar Kohlebürsten verwendet wird, um den Motor mit Strom zu versorgen. Bürstenmotoren haben immer vier Hauptteile, diese sind:
- Stator: Der stationäre Teil des Motors. Es enthält die Permanentmagnete, die den Rotor bewegen.
- Rotor: Der rotierende Teil des Motors. Es enthält eine Kupferspule, die, wenn sie mit Strom versorgt wird, die Kupferspule elektromagnetisch macht.
- Kommutator: Ein Metallring, der dafür sorgt, dass sich der Rotor weiterdreht, indem er die Polarität bei jeder halben Umdrehung des Rotors umkehrt.
- Bürsten: Ein stationäres Teil aus Kohlenstoff, das direkt mit den Anschlüssen der Stromquelle verbunden ist. Sie leiten Strom an den Kommutatorring weiter, der dann den Rotor aktiviert.
Ein Bürstenmotor verwendet Bürsten, um den Motor elektrisch anzutreiben, während sich sowohl der Rotor als auch der Kommutator drehen können. Der Rotor besteht aus Kupferwicklungen, die, wenn sie mit Strom versorgt werden, im Grunde zu einem Elektromagneten werden.
Was passiert also, wenn sich zwei Magnete nahe kommen?
Nun, je nach Ausrichtung der Magnetpole ziehen sie sich an oder stoßen sich gegenseitig ab. Das Ziel eines Bürstenmotors ist es, Anziehung und Abstoßung zu verwenden, um den Motor zu drehen. Hier wird ein Kommutator nützlich.
Ein Kommutator ist ein metallischer Ring in der Mitte des Rotors, der den Magnetpol des Rotors alle 180 Grad umschaltet. Dies stellt effektiv sicher, dass der Magnetpol des Rotors immer mit dem gleichen Magnetpol des Stators ausgerichtet ist, was eine Abstoßung bewirkt.
Das Ergebnis? Kontinuierlich mechanische Drehungen haben genug Kraft um Ihren Mixer (oder alles, was einen Bürstenmotor verwendet) anzutreiben.
Bürstenloses Motordesign
Bürstenlose Motoren wurden in den 1980er Jahren immer beliebter, als Transistoren in der Elektronik immer häufiger vorkamen. Leicht verfügbar haben Festkörperkomponenten spielte eine große Rolle bei der Herstellung bürstenloser Motoren für Elektrowerkzeuge, Haushaltsgeräte und Elektronik. Ihr komplexes und dennoch effizientes Design verleiht bürstenlosen Motoren mehr Drehmoment als ihren bürstenbehafteten Gegenstücken.
Das bürstenlose Motordesign verwendet mehrere wesentliche Teile. Dazu gehören:
- Stator: Der stationäre Teil des Motors. Es enthält mehrere Kupferspulen, die, wenn sie mit Strom versorgt werden, zu einem aktiven Magneten werden.
- Rotor: Der rotierende Teil des Motors. Dieser enthält die Permanentmagnete, die durch das elektromagnetische Feld zwischen Stator und Rotor gedreht werden.
- Hall-Effekt-Sensor: Ein Sensor, der erkennt, welche Spulen mit Strom versorgt werden und welche nicht.
- Steuerkreis: Eine elektronische Schaltung, die entwickelt wurde, um zu entscheiden, welche Spulen innerhalb des Stators erregt werden sollen.
Wie der Name schon sagt, verwenden bürstenlose Motoren keine Bürsten, um den Motor anzutreiben. Bürstenlose Motoren haben auch keine stromführenden Kommutatoren. Stattdessen verwendet es einen Hall-Effekt-Sensor und eine Steuerschaltung, um sicherzustellen, dass die gegenüberliegenden Magnetpole von Stator und Rotor immer ausgerichtet sind. Eine andere Sache, die Sie anders finden werden, ist, dass der Stator die Kupferwicklungen beherbergt, während der Rotor die Permanentmagnete beherbergt.
Ein bürstenloser Motor funktioniert im Grunde genauso wie ein Bürstenmotor: Er nutzt Unterschiede in den Magnetpolen, um den Rotor zu bewegen, wodurch Rotation und Drehmoment erzeugt werden.
Aber wie können die Kupferwicklungen ohne Bürsten und Kommutatoren mit Strom versorgt werden?
Einfach, Sie machen die Kupferwicklungen stationär. Bei stationären Kupferwicklungen werden keine Bürsten mehr benötigt, da Sie die Spulen direkt über Drähte mit Strom versorgen können.
Was die Kommutatoren betrifft, verwendet ein bürstenloser Motor einen Hall-Effekt-Sensor und eine Steuerschaltung. Ein Hallsensor ist ein flacher runder Sensor, der neben den Kupferwicklungen des Stators platziert wird. Da der Stator mehrere Spulen beherbergt, kann der Hallsensor erkennen, ob eine dieser Spulen bestromt ist oder nicht.
Erstellt mit Sketchup
Der Sensor gibt dann seinen Messwert an die Steuerschaltung weiter und entscheidet, welche Spulen erregt werden sollen. Wenn sich also die Permanentmagnete des Rotors den anziehenden Magnetpolen nähern, stoppt die Steuerschaltung die Erregung dieser Spulen und erregt die nächste Spule, die die Permanentmagnete des Rotors anzieht. Die Steuerschaltung erregt auch die Spulen vor den Permanentmagneten, was eine Abstoßung verursacht und der Rotation noch mehr Drehmoment hinzufügt.
Vor- und Nachteile von gebürsteten und bürstenlosen Motoren
Aufgrund der Unterschiede im Motordesign haben sowohl bürstenbehaftete als auch bürstenlose Motoren Vor- und Nachteile. Hier ist eine Tabelle, die Ihnen hilft, ihre Stärken und Schwächen zu verstehen:
| Lebensspanne | Kurz | Lang |
| Beschleunigung | Mittel | Hoch |
| Effizienz | Mittel | Hoch |
| Drehmoment | Mittel | Hoch |
| Akustik | Laut | Ruhig |
| Kosten | Preiswert | Teuer (mit Regelkreis) |
Sollten Sie Hardware mit einem gebürsteten oder bürstenlosen Motor kaufen?
Wie Sie in der Tabelle sehen können, sind bürstenlose Motoren in jeder Hinsicht (außer in den Kosten) besser als ihre gebürsteten Gegenstücke. Sie bieten ein höheres Drehmoment, eine schnellere Beschleunigung, weniger Lärm und einen höheren Wirkungsgrad und sind langlebiger.
Wenn Sie also die Möglichkeit haben, ein neues Elektrowerkzeug, Küchengerät, eine Drohne oder alles, was einen Motor benötigt, zu kaufen, ist die Wahl von Artikeln mit einem bürstenlosen Motor im Allgemeinen die bessere Option.
Sollten Bürstenmotoren also obsolet sein?
Nun, nein. Vor allem, weil ein bürstenloser Motor (plus Steuerkreis) deutlich mehr kostet als ein Artikel mit Bürstenmotor. Und obwohl ein bürstenloser Motor besser ist als sein gebürstetes Gegenstück, bedeutet das nicht, dass ein gebürsteter Motor schlecht ist. Tatsächlich ist ein gebürsteter Motor sehr gut. Mit einem bürstenbehafteten Motor können Sie die gleichen Aufgaben erledigen wie mit einem bürstenlosen.
warum stürzt hbo max immer wieder ab?
Im Allgemeinen sind bürstenlose Motoren die idealen Motoren in Ihren Werkzeugen und Geräten. Aber es gibt auch Situationen, in denen Sie stattdessen Bürstenmotoren verwenden möchten. Zu diesen Situationen gehören:
- Wenn der Motor in kurzzeitigen kurzen Stößen verwendet wird (z. B. Mixer, elektrisch verstellbare Sitze und Scheibenwischer)
- Wenn ein Werkzeug/Gerät nur wenige Male im Jahr nützlich wird
- Wenn die Aufgabe nicht viel Drehmoment erfordert (z. B. Spielzeug, Lüftungsschlitze)
- Unter extremen Betriebsbedingungen. Bürstenmotoren benötigen keine Sensoren oder Steuerkreise, die bei extremen Wetterbedingungen ausfallen können
Intelligente Einkäufe tätigen
Jetzt, da Sie den Unterschied zwischen bürstenbehafteten und bürstenlosen Motoren verstehen, wird es Ihnen hoffentlich leichter fallen, beim Kauf von Küchengeräten, Werkzeugen und Geräten einen klugen Kauf zu tätigen. Dies sollte auch erklären, warum einige Artikel teurer sind als ihre Gegenstücke, obwohl sie von derselben Marke stammen, dieselben Funktionen haben und denselben Formfaktor verwenden. Denken Sie daran, nur weil Sie einen Premium-Artikel mit einem bürstenlosen Motor kaufen können, bedeutet das nicht immer, dass es eine kluge Sache ist, ihn zu kaufen.