Vorteile bürstenloser Gleichstrommotoren (BLDC)

Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) bieten im Vergleich zu herkömmlichen Wechsel- und Gleichstrommotoren eine einfache Konstruktion, Zuverlässigkeit im Betrieb und eine einfache Wartung, da Kommutator, Bürsten oder Schleifringe fehlen. Im Vergleich zu Käfigläufer-Induktionsmotoren weisen BLDC eine vergleichbar einfache Konstruktion und Zuverlässigkeit auf. Bei Leistungsabgaben unter 300 W weisen BLDC einen höheren Wirkungsgrad auf, der um etwa 10% bis 20% höher ist als bei Motoren mit ähnlichen Spezifikationen, die mit Kommutatorreglern ausgestattet sind. Darüber hinaus übertrifft BLDC Induktionsmotoren in puncto Wirkungsgrad.

Einschränkungen des Rechteckwellenantriebs

BLDC verwendet jedoch normalerweise einen Rechteckwellenantrieb und verlässt sich auf Hall-Sensoren, um die Rotorposition zu erkennen und die Kommutierung zu erzwingen. Dieser Ansatz ist zwar einfach und kostengünstig und wird häufig in Elektrofahrzeugen eingesetzt, doch führt der Rechteckwellenantrieb zu Stromspitzen während der Kommutierung, was zu erheblichen Drehmomentwelligkeiten und schlechterem Geräuschverhalten führt, was die Ausweitung seiner Anwendung auf Haushaltsgeräte erschwert. Im Gegensatz dazu kann der Sinuswellenantrieb Stromspitzen während der Kommutierung verhindern, wenn auch mit einer Reduzierung des maximalen Drehmoments, was erhebliche Vorteile beim Geräuschverhalten bietet.

Potenzial des Sinusantriebs

Normalerweise werden Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) über DSP gesteuert und benötigen optische Encoder zur präzisen Rotorpositionserkennung, die eine hochpräzise Steuerung auch für Servosysteme ermöglichen. Solche Lösungen sind jedoch mit höheren Kosten verbunden, während Haushaltsgeräte sehr preisempfindlich sind und einige Anwendungen geringe Leistungsanforderungen haben. Daher birgt die vorgeschlagene Lösung, integrierte 8-Bit-Mikrocontroller-PWM-Generatoren für sinusförmigen Antrieb zu verwenden, erhebliches Marktpotenzial.

Funktionsprinzip des Sinusantriebs

Im Allgemeinen weist das Luftspaltmagnetfeld eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der von sinusförmigen Wellenformen angetrieben wird, eine sinusförmige Wellenform oder eine elektromagnetische Feldwellenform mit eingeführten hochharmonischen Komponenten auf. Der Motorstator verwendet typischerweise eine verteilte Wicklung, was zu einer sinusförmigen Gegen-EMK führt. Drei Hall-Sensoren sind am Motorstator befestigt und geben jeweils alle 60° elektrischen Winkel ein Übergangssignal aus. Sie dienen als synchrone Datensignale für die sinusförmige Wellenform und stellen sicher, dass sich keine Abweichungen ansammeln.