In diesem Kapitel werden folgende Punkte besprochen:
Geschwindigkeitsgenauigkeit/Laufruhe/Lebensdauer und Wartungsfähigkeit/Staubentwicklung/Effizienz/Wärme/Vibration und Lärm/Abgasschutz/Einsatzumgebung
1. Gyrostabilität und Genauigkeit
Wenn der Motor mit konstanter Geschwindigkeit betrieben wird, behält er bei hoher Geschwindigkeit entsprechend der Trägheit eine gleichmäßige Geschwindigkeit bei, bei niedriger Geschwindigkeit variiert diese jedoch entsprechend der Kernform des Motors.
Bei bürstenlosen Schlitzmotoren pulsiert die Anziehungskraft zwischen den Schlitzzähnen und dem Rotormagneten bei niedrigen Drehzahlen. Da bei unserem bürstenlosen Schlitzmotor der Abstand zwischen Statorkern und Magnet im Umfang konstant ist (d. h. der Magnetowiderstand im Umfang konstant ist), ist es unwahrscheinlich, dass selbst bei niedrigen Spannungen Wellen entstehen.
2. Lebensdauer, Wartungsfähigkeit und Staubentwicklung
Die wichtigsten Faktoren beim Vergleich von Bürsten- und bürstenlosen Motoren sind Lebensdauer, Wartungsfreundlichkeit und Staubentwicklung. Da sich Bürste und Kommutator beim rotierenden Bürstenmotor berühren, verschleißt das Kontaktteil zwangsläufig durch Reibung.
Infolgedessen muss der gesamte Motor ausgetauscht werden, und Staub durch Abrieb wird zum Problem. Wie der Name schon sagt, haben bürstenlose Motoren keine Bürsten, daher haben sie eine längere Lebensdauer, sind wartungsfreundlicher und produzieren weniger Staub als Bürstenmotoren.
3. Vibrationen und Lärm
Bürstenmotoren erzeugen aufgrund der Reibung zwischen Bürste und Kommutator Vibrationen und Geräusche, bürstenlose Motoren hingegen nicht. Schlitzbürstenlose Motoren erzeugen aufgrund des Schlitzdrehmoments Vibrationen und Geräusche, Schlitz- und Hohlbechermotoren hingegen nicht.
Der Zustand, in dem die Drehachse des Rotors vom Schwerpunkt abweicht, wird als Unwucht bezeichnet. Wenn sich der unwuchtig laufende Rotor dreht, entstehen Vibrationen und Geräusche, die mit zunehmender Motordrehzahl zunehmen.
4. Effizienz und Wärmeerzeugung
Das Verhältnis der abgegebenen mechanischen Energie zur zugeführten elektrischen Energie entspricht dem Wirkungsgrad des Motors. Die meisten Verluste, die nicht in mechanische Energie umgewandelt werden, werden zu thermischer Energie, die den Motor erwärmt. Zu den Motorverlusten gehören:
(1). Kupferverlust (Leistungsverlust durch Wicklungswiderstand)
(2). Eisenverluste (Hystereseverluste des Statorkerns, Wirbelstromverluste)
(3) Mechanischer Verlust (Verlust durch Reibungswiderstand von Lagern und Bürsten sowie Verlust durch Luftwiderstand: Windwiderstandsverlust)
Kupferverluste lassen sich durch Verdickung des Lackdrahtes und damit durch Verringerung des Wicklungswiderstandes reduzieren. Ein dickerer Lackdraht erschwert jedoch den Einbau der Wicklungen in den Motor. Daher ist es notwendig, die Wicklungsstruktur durch Erhöhung des Tastverhältnisses (Verhältnis von Leiter zu Wicklungsquerschnitt) passend zum Motor zu gestalten.
Bei einer höheren Frequenz des rotierenden Magnetfelds steigen die Eisenverluste, was bedeutet, dass die elektrische Maschine bei höherer Drehzahl aufgrund der Eisenverluste viel Wärme erzeugt. Bei Eisenverlusten können Wirbelstromverluste durch eine dünnere laminierte Stahlplatte reduziert werden.
Bei Bürstenmotoren treten aufgrund des Reibungswiderstands zwischen Bürste und Kommutator immer mechanische Verluste auf, bei bürstenlosen Motoren hingegen nicht. Der Reibungskoeffizient von Kugellagern ist niedriger als der von Gleitlagern, was den Wirkungsgrad des Motors verbessert. Unsere Motoren sind mit Kugellagern ausgestattet.
Das Problem bei der Erwärmung besteht darin, dass die vom Motor erzeugte Wärme seine Leistung verringert, auch wenn für die Anwendung selbst keine Wärmebegrenzung gilt.
Wenn die Wicklung heiß wird, steigt der Widerstand (die Impedanz) und der Stromfluss wird erschwert, was zu einem Drehmomentabfall führt. Darüber hinaus verringert sich bei Erwärmung des Motors die Magnetkraft des Magneten durch thermische Entmagnetisierung. Daher ist die Wärmeentwicklung nicht zu vernachlässigen.
Da Samarium-Kobalt-Magnete aufgrund von Hitze eine geringere thermische Entmagnetisierung aufweisen als Neodym-Magnete, werden Samarium-Kobalt-Magnete in Anwendungen gewählt, bei denen die Motortemperatur höher ist.
Veröffentlichungszeit: 21. Juli 2023
