Elektrische Motoren

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Der bürstenlose Gleichstrommotor

Beim bürstenlosen Gleichstrommotor erfolgt die Umkehr der Stromrichtung (Kommutierung) in den einzelnen Wicklungen nicht mehr durch einen mechanischen Kommutator, auf dem Bürsten gleiten, sondern elektronisch. Die verschleißbehaftete mechanische Kommutierung entfällt. Bürstenlose Gleichstrommotoren sind damit praktisch wartungsfrei.

 

Funktionsprinzip

Gegenüber dem bürstenbehafteten Gleichstrommotor wird die Anordnung der aktiven Elemente vertauscht. Die Permanentmagnete sind auf dem Läufer und die Wicklungen im Ständer angeordnet.

In der Animation wird ein Ständer mit einem 3-phasigen Wicklungssystem verwendet. Zur Vereinfachung ist anstelle des Läufers ein einfacher Stabmagnet gezeichnet.

Fließt in den Wicklungen ein elektrischer Strom, bildet sich im Ständer des Motors ein Magnetfeld heraus. Dieses Magnetfeld durchsetzt auch die Permanentmagneten des Läufers. Je nach Lage des Läufers wirkt auf ihn ein Drehmoment. Der Läufer reagiert und führt eine Drehbewegung aus. Die Drehbewegung endet, wenn sich der Läufer entsprechend dem im Ständer erzeugten Magnetfeld ausgerichtet hat.

Damit die Drehbewegung des Läufers nicht zum Stillstand kommt, muss der Stromfluss in den Ständerwicklungen rechtzeitig so umgeschaltet werden, dass sich das erzeugte Magnetfeld weiterdreht und auf den Läufer weiterhin ein Drehmoment wirkt. In der Animation kann das Magnetfeld aufgrund des 3-phasigen Wicklungssystems 6 verschiedene Positionen einnehmen. Die Wicklungen 1, 2, und 3 werden so mit positiven oder negativen Strömen beaufschlagt, dass die gewünschte Weiterschaltung des Magnetfeldes erfolgt.

In der Praxis werden die Wicklungen je nach Konstruktion des Motors und verwendetem Stellgerät entweder unipolar (Stromfluss nur in eine Richtung) oder bipolar (Stromfluss in positive und negative Richtung) angesteuert. Das Stellgerät steuert den Stromfluss dabei sowohl in seiner Richtung als auch in seinem Betrag.

Die Weiterschaltung des Magnetfeldes erfolgt in Abhängigkeit von der aktuellen Lage des Läufers. Seine Lage muss deshalb mit einem Lagegeber erfasst und an das Stellgerät übertragen werden.

 

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