(1) Struktur des bürstenlosen Gleichstrommotors
Der bürstenlose Gleichstrommotor besteht hauptsächlich aus einem Rotor aus Permanentmagnetmaterial, einem Stator mit Spulenwicklungen und einem Positionssensor (optional).
Stator
Die Statorstruktur eines BLDC-Motors ähnelt der eines Induktionsmotors. Es besteht aus gestapelten Stahlblechen mit axialen Nuten zum Wickeln. Die Wicklungen in einem BLDC unterscheiden sich geringfügig von denen eines herkömmlichen Induktionsmotors.
Typischerweise bestehen die meisten BLDC-Motoren aus drei Statorwicklungen, die in Stern- oder Y-Form verbunden sind (kein Neutralleiter). Zusätzlich werden die Statorwicklungen basierend auf der Spulenverbindung weiter in Trapez- und Sinusmotoren eingeteilt.
Bei einem Trapezmotor haben sowohl der Antriebsstrom als auch die Gegen-EMK eine Trapezform (bei einem Sinusmotor sinusförmig). Typischerweise werden Motoren mit einer Nennspannung von 48 V (oder darunter) in der Automobilindustrie und Robotik (Hybridautos und Roboterarme) verwendet.
Rotor
Der Rotorteil eines BLDC-Motors besteht aus Permanentmagneten (normalerweise Magnete aus Seltenerdlegierungen wie Neodym (Nd), Samarium-Kobalt (SmCo) und Neodym-Eisen-Bor (NdFeB).
Je nach Anwendung kann die Anzahl der Pole zwischen 2 und 8 variieren, mit abwechselnder Nord- (N) und Süd- (S) Platzierung. Das folgende Diagramm zeigt drei verschiedene Anordnungen von Magnetpolen.
(a): Magnete sind am Außenumfang des Rotors platziert.
(b): Bekannt als elektromagnetischer eingebetteter Rotor, bei dem rechteckige Permanentmagnete in den Kern des Rotors eingebettet sind.
(c): Setzen Sie den Magneten in den Eisenkern des Rotors ein.
Positionssensor (Hallsensor)
Da in einem BLDC-Motor keine Bürsten vorhanden sind, wird die Kommutierung elektronisch gesteuert. Damit sich der Motor drehen kann, müssen die Statorwicklungen nacheinander erregt werden, und die Position des Rotors (dh der Nord- und Südpol des Rotors) muss bekannt sein, um einen bestimmten Satz von Statorwicklungen präzise zu erregen.
Die Position des Rotors wird üblicherweise mit einem Positionssensor, einem Hall-Sensor (der nach dem Prinzip des Hall-Effekts arbeitet), erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die meisten BLDC-Motoren verwenden drei in den Stator eingebettete Hall-Sensoren, um die Position des Rotors zu erkennen.
Die Ausgabe des Hallsensors ist hoch oder niedrig, je nachdem, ob der Nordpol des Rotors Südpol oder nahe dem Nordpol ist. Durch Kombinieren der Ergebnisse der drei Sensoren kann die genaue Reihenfolge der Einschaltvorgänge bestimmt werden.