Die in diesem Kapitel behandelten Themen sind:
Geschwindigkeitsgenauigkeit/Laufruhe/Lebensdauer und Wartungsfreundlichkeit/Staubentwicklung/Effizienz/Wärmeentwicklung/Vibrations- und Geräuschentwicklung/Abgasreinigungsmaßnahmen/Einsatzumgebung
1. Kreiselstabilität und Genauigkeit
Wird der Motor mit konstanter Drehzahl betrieben, behält er bei hohen Drehzahlen aufgrund seiner Trägheit eine gleichmäßige Drehzahl bei, bei niedrigen Drehzahlen variiert diese jedoch je nach Kernform des Motors.
Bei bürstenlosen Motoren mit Nuten pulsiert die Anziehungskraft zwischen den Nuten und dem Rotormagneten bei niedrigen Drehzahlen. Bei unserem bürstenlosen, nutenlosen Motor hingegen ist der Abstand zwischen Statorkern und Magnet entlang des Umfangs konstant (d. h. der Magnetowiderstand ist entlang des Umfangs konstant), sodass selbst bei niedrigen Spannungen keine Welligkeit auftritt.
2. Lebensdauer, Wartungsfreundlichkeit und Staubentwicklung
Die wichtigsten Faktoren beim Vergleich von Bürsten- und bürstenlosen Motoren sind Lebensdauer, Wartungsfreundlichkeit und Staubentwicklung. Da sich Bürste und Kommutator beim Betrieb eines Bürstenmotors berühren, verschleißt der Kontaktbereich zwangsläufig durch Reibung.
Daher muss der gesamte Motor ausgetauscht werden, und Staub durch Abriebpartikel wird zum Problem. Bürstenlose Motoren besitzen, wie der Name schon sagt, keine Bürsten und zeichnen sich daher durch eine längere Lebensdauer, bessere Wartungsfreundlichkeit und geringere Staubentwicklung als Motoren mit Bürsten aus.
3. Vibrationen und Geräusche
Bürstenmotoren erzeugen Vibrationen und Geräusche durch die Reibung zwischen Bürste und Kommutator, bürstenlose Motoren hingegen nicht. Nutbürstenlose Motoren erzeugen Vibrationen und Geräusche durch das Nutdrehmoment, Nutmotoren und Hohlbechermotoren hingegen nicht.
Der Zustand, in dem die Rotationsachse des Rotors vom Schwerpunkt abweicht, wird als Unwucht bezeichnet. Wenn sich ein unausgewuchteter Rotor dreht, entstehen Vibrationen und Geräusche, die mit steigender Motordrehzahl zunehmen.
4. Wirkungsgrad und Wärmeerzeugung
Das Verhältnis der abgegebenen mechanischen Energie zur zugeführten elektrischen Energie ist der Wirkungsgrad des Motors. Der größte Teil der Verluste, die nicht in mechanische Energie umgewandelt werden, wird zu Wärmeenergie, wodurch sich der Motor erwärmt. Zu den Motorverlusten gehören:
(1) Kupferverluste (Leistungsverluste aufgrund des Wicklungswiderstands)
(2). Eisenverluste (Hystereseverluste im Statorkern, Wirbelstromverluste)
(3) Mechanische Verluste (Verluste durch Reibungswiderstand von Lagern und Bürsten sowie Verluste durch Luftwiderstand: Windwiderstandsverluste)
Kupferverluste lassen sich durch Verdickung des Lackdrahts und damit Verringerung des Wicklungswiderstands reduzieren. Eine dickere Lackdrahtstärke erschwert jedoch den Einbau der Wicklungen in den Motor. Daher ist es notwendig, die Wicklungsstruktur durch Erhöhung des Tastverhältnisses (Verhältnis von Leiterquerschnitt zu Wicklungsquerschnitt) an den Motor anzupassen.
Bei höherer Frequenz des rotierenden Magnetfelds steigen die Eisenverluste, was bedeutet, dass die elektrische Maschine bei höherer Drehzahl aufgrund der Eisenverluste viel Wärme erzeugt. Die Wirbelstromverluste lassen sich durch Verringerung der Dicke des laminierten Stahlblechs reduzieren.
Hinsichtlich der mechanischen Verluste weisen Bürstenmotoren aufgrund der Reibung zwischen Bürste und Kommutator stets mechanische Verluste auf, während bürstenlose Motoren diese nicht aufweisen. Bei den Lagern ist der Reibungskoeffizient von Kugellagern niedriger als der von Gleitlagern, was den Wirkungsgrad des Motors verbessert. Unsere Motoren verwenden Kugellager.
Das Problem bei der Erwärmung besteht darin, dass selbst wenn die Anwendung selbst keine Wärmebegrenzung hat, die vom Motor erzeugte Wärme seine Leistung mindert.
Wenn die Wicklung heiß wird, steigt der Widerstand (die Impedanz), wodurch der Stromfluss erschwert wird und das Drehmoment abnimmt. Zudem verringert sich bei Erwärmung des Motors die Magnetkraft durch thermische Entmagnetisierung. Daher darf die Wärmeentwicklung nicht vernachlässigt werden.
Da Samarium-Kobalt-Magnete im Vergleich zu Neodym-Magneten eine geringere thermische Entmagnetisierung aufgrund von Hitze aufweisen, werden Samarium-Kobalt-Magnete in Anwendungen eingesetzt, bei denen die Motortemperatur höher ist.
Veröffentlichungsdatum: 21. Juli 2023