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1. Bürsten-Gleichstrommotor

Bei Bürstenmotoren geschieht dies über einen Drehschalter auf der Motorwelle, den sogenannten Kommutator. Er besteht aus einem rotierenden Zylinder oder einer Scheibe, die in mehrere metallische Kontaktsegmente auf dem Rotor unterteilt ist. Die Segmente sind mit Leiterwicklungen auf dem Rotor verbunden. Zwei oder mehr stationäre Kontakte, sogenannte Bürsten, aus einem weichen Leiter wie Graphit, drücken gegen den Kommutator und stellen bei Drehung des Rotors gleitenden elektrischen Kontakt mit aufeinanderfolgenden Segmenten her. Die Bürsten versorgen die Wicklungen selektiv mit elektrischem Strom. Während sich der Rotor dreht, wählt der Kommutator verschiedene Wicklungen aus, und der gerichtete Strom wird auf eine bestimmte Wicklung angewendet, sodass das Magnetfeld des Rotors nicht mit dem Stator ausgerichtet bleibt und ein Drehmoment in eine Richtung erzeugt.

2. Bürstenloser Gleichstrommotor

Bei bürstenlosen Gleichstrommotoren ersetzt ein elektronisches Servosystem die mechanischen Kommutatorkontakte. Ein elektronischer Sensor erfasst den Rotorwinkel und steuert Halbleiterschalter wie Transistoren, die den Strom durch die Wicklungen schalten. Dabei wird entweder die Stromrichtung umgekehrt oder, bei manchen Motoren, der Strom abgeschaltet, und zwar im richtigen Winkel, sodass die Elektromagnete ein Drehmoment in eine Richtung erzeugen. Der Wegfall des Schleifkontakts ermöglicht bürstenlosen Motoren weniger Reibung und eine längere Lebensdauer; ihre Lebensdauer wird nur durch die Lebensdauer der Lager begrenzt.

Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren entwickeln im Stillstand ein maximales Drehmoment, das mit zunehmender Geschwindigkeit linear abnimmt. Einige Nachteile von Bürstenmotoren können durch bürstenlose Motoren überwunden werden; dazu gehören ein höherer Wirkungsgrad und eine geringere Anfälligkeit für mechanischen Verschleiß. Diese Vorteile gehen jedoch auf Kosten einer möglicherweise weniger robusten, komplexeren und teureren Steuerelektronik.

Ein typischer bürstenloser Motor verfügt über Permanentmagnete, die um einen festen Anker rotieren. Dadurch entfallen Probleme bei der Stromzufuhr zum beweglichen Anker. Ein elektronischer Controller ersetzt die Kommutatorbaugruppe des bürstenbehafteten Gleichstrommotors und schaltet kontinuierlich die Phase der Wicklungen um, um den Motor am Laufen zu halten. Der Controller sorgt für eine ähnliche zeitgesteuerte Stromverteilung, indem er anstelle des Kommutatorsystems einen Halbleiterschaltkreis verwendet.

Bürstenlose Motoren bieten gegenüber Gleichstrommotoren mit Bürsten mehrere Vorteile, darunter ein hohes Drehmoment-Gewichts-Verhältnis, eine höhere Effizienz durch mehr Drehmoment pro Watt, eine höhere Zuverlässigkeit, weniger Lärm, eine längere Lebensdauer durch Vermeidung von Bürsten- und Kommutatorerosion, die Vermeidung von ionisierenden Funken aus dem
Kommutator und eine allgemeine Reduzierung elektromagnetischer Störungen (EMI). Da der Rotor keine Wicklungen aufweist, sind sie keinen Zentrifugalkräften ausgesetzt. Da die Wicklungen vom Gehäuse getragen werden, können sie durch Wärmeleitung gekühlt werden, sodass kein Luftstrom im Motor zur Kühlung erforderlich ist. Dies wiederum bedeutet, dass das Innere des Motors vollständig umschlossen und vor Schmutz oder anderen Fremdkörpern geschützt werden kann.

Die Kommutierung bürstenloser Motoren kann softwareseitig über einen Mikrocontroller oder alternativ über analoge oder digitale Schaltungen realisiert werden. Die Kommutierung mit Elektronik anstelle von Bürsten bietet mehr Flexibilität und Möglichkeiten, die bei bürstenbehafteten Gleichstrommotoren nicht verfügbar sind, darunter Drehzahlbegrenzung, Mikroschrittbetrieb für langsame und feine Bewegungssteuerung und Haltemoment im Stillstand. Die Controller-Software kann an den jeweiligen Motor der Anwendung angepasst werden, was zu einer höheren Kommutierungseffizienz führt.

Die maximale Leistung, die einem bürstenlosen Motor zugeführt werden kann, wird fast ausschließlich durch die Wärme begrenzt; [Zitat erforderlich] zu viel Wärme schwächt die Magnete und beschädigt die Isolierung der Wicklungen.

Bei der Umwandlung von Elektrizität in mechanische Leistung sind bürstenlose Motoren effizienter als Bürstenmotoren. Dies liegt vor allem daran, dass sie keine Bürsten haben und dadurch weniger mechanische Energieverluste durch Reibung entstehen. Der verbesserte Wirkungsgrad ist im Leerlauf- und Schwachlastbereich der Motorleistungskurve am größten.

Zu den Umgebungen und Anforderungen, in denen Hersteller bürstenlose Gleichstrommotoren verwenden, gehören wartungsfreier Betrieb, hohe Geschwindigkeiten und Betrieb in Bereichen, in denen Funkenbildung gefährlich ist (z. B. in explosiven Umgebungen) oder elektronisch empfindliche Geräte beeinträchtigen könnte.

Bürstenlose Motoren ähneln in ihrer Konstruktion einem Schrittmotor, weisen jedoch aufgrund unterschiedlicher Implementierung und Funktionsweise wichtige Unterschiede auf. Während Schrittmotoren häufig mit dem Rotor in einer definierten Winkelposition gestoppt werden, ist ein bürstenloser Motor in der Regel für eine kontinuierliche Rotation ausgelegt. Beide Motortypen können über einen Rotorpositionssensor für internes Feedback verfügen. Sowohl ein Schrittmotor als auch ein gut konstruierter bürstenloser Motor können ein begrenztes Drehmoment bei null U/min halten.