Funktionsprinzip von bürstenlosen Roboter-Gleichstrommotoren

A Bürstenloser Gleichstrommotor für Roboter ist ein Motortyp, der häufig in Robotikanwendungen verwendet wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bürstenmotoren, die Bürsten und Kommutatoren verwenden, um den Stromfluss zu steuern, arbeiten bürstenlose Motoren ohne Bürsten und sind für die Kommutierung auf elektronische Steuerungen angewiesen. Das Funktionsprinzip eines bürstenlosen Roboter-Gleichstrommotors besteht in der präzisen Steuerung des Stromflusses durch die Statorwicklungen, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, das mit den Permanentmagneten am Rotor interagiert, was zu einer gleichmäßigen und kontrollierten Drehung führt. Das elektronische Kommutierungs- und Steuerungssystem spielt eine entscheidende Rolle dabei, sicherzustellen, dass der Motor effizient und genau arbeitet. Hier sind einige Hauptmerkmale und Eigenschaften bürstenloser Roboter-Gleichstrommotoren:

Bürstenloses Design: Bürstenlose Motoren machen physische Bürsten und Kommutatoren überflüssig, was zu einer verbesserten Zuverlässigkeit und einem geringeren Wartungsaufwand führt. Ohne Bürsten gibt es weder Reibung noch Verschleiß, was zu einer längeren Lebensdauer des Motors führt.

Präzise Geschwindigkeitsregelung: Die elektronischen Kommutierungs- und Steuerungssysteme bürstenloser Motoren ermöglichen eine präzise Geschwindigkeitsregelung. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen, die eine genaue und variable Geschwindigkeitssteuerung erfordern, wie etwa Robotermanipulatoren, Drohnen und autonome Fahrzeuge.

Geringe Geräuschentwicklung und Vibration: Das Fehlen von Bürsten bei bürstenlosen Motoren führt im Vergleich zu Bürstenmotoren zu geringeren mechanischen Geräuschen und Vibrationen. Dadurch eignen sich bürstenlose Motoren für Anwendungen, bei denen ein leiser Betrieb erwünscht ist, beispielsweise in Robotersystemen, die in geräuschempfindlichen Umgebungen arbeiten.

Große Auswahl an Größen und Konfigurationen: Bürstenlose Motoren sind in verschiedenen Größen und Konfigurationen erhältlich, was eine flexible Gestaltung und Integration in verschiedene Robotersysteme ermöglicht. Sie können von kleinen, kompakten Motoren für Miniaturroboter bis hin zu größeren Motoren für Industrieroboter reichen.

Hier ist eine Schritt-für-Schritt-Übersicht über die Funktionsweise eines bürstenlosen Gleichstrommotors:

Stator- und Rotorkonfiguration: Der Motor besteht aus einem stationären Teil, dem Stator, und einem rotierenden Teil, dem Rotor. Der Stator enthält mehrere Spulen oder Wicklungen, die in einer bestimmten Konfiguration, typischerweise dreiphasig, angeordnet sind und ein rotierendes Magnetfeld erzeugen.

Permanentmagnete: Der Rotor ist mit Permanentmagneten ausgestattet, die ein festes Magnetfeld erzeugen. Die Anzahl und Anordnung dieser Magnete hängt von der Bauart des Motors ab.

Elektronische Kommutierung: Bürstenlose Motoren nutzen elektronische Kommutierung, um den Stromfluss durch die Statorwicklungen zu steuern. Diese Kommutierung wird durch ein Steuersystem erreicht, typischerweise ein Mikrocontroller oder Motorcontroller, der die Position des Rotors mithilfe von Sensoren wie Hall-Effekt-Sensoren oder Encodern überwacht.

Erfassen der Rotorposition: Die Sensoren erkennen die Position der Rotormagnete, während sie sich drehen. Diese Informationen werden an das Steuerungssystem gesendet, das die für eine optimale Motorleistung erforderliche Stromphase und den erforderlichen Zeitpunkt bestimmt.

Phasenstromsteuerung: Das Steuersystem erregt die Statorwicklungen in einer bestimmten Reihenfolge, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Durch die Steuerung des Zeitpunkts und der Amplitude des durch jede Wicklung fließenden Stroms stellt das Steuersystem sicher, dass die Magnetfelder von Stator und Rotor korrekt interagieren.



Drehung des Rotors: Wenn das Statormagnetfeld mit den Permanentmagneten des Rotors interagiert, wird eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die den Rotor in Rotation versetzt. Das Steuersystem passt den Phasenstrom kontinuierlich an, um die Drehung aufrechtzuerhalten und die Geschwindigkeit und Richtung des Motors zu steuern.

Geschwindigkeits- und Positionsrückmeldung: Das Steuersystem erhält Rückmeldung von den Sensoren, um die Geschwindigkeit und Position des Motors zu überwachen. Diese Rückmeldung ermöglicht es dem Steuersystem, den Phasenstrom anzupassen und den Motorbetrieb präzise zu steuern.

Effizienz und Leistungsabgabe: Bürstenlose Motoren sind aufgrund des Fehlens von Bürsten, der verringerten Reibung und der optimierten elektronischen Steuerung für ihre hohe Effizienz bekannt. Sie können elektrische Energie mit minimalem Energieverlust in mechanische Energie umwandeln und bieten so eine zuverlässige und effiziente Leistung.