Wie funktioniert ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor? Technischer Leitfaden für Mikrobürstenmotoren

Funktionsprinzip des bürstenbehafteten Gleichstrommotors: Die kurze Antwort

Drücken Sie den Auslöser eines Akkuschraubers und ein winziger Gleichstrommotor mit Bürsten entwickelt fast augenblicklich ein Drehmoment. Diese schnelle Reaktion, kombiniert mit niedrigen Kosten und einfacher Geschwindigkeitssteuerung, ist der Grund, warum Bürstenmotoren immer noch in so vielen Alltagsprodukten vorkommen.

Das Arbeitsprinzip passt in einen Absatz. Der elektrische Strom gelangt über zwei Kohlebürsten, die auf einem auf der Welle montierten segmentierten Kupferkollektor gleiten. Der Kommutator speist den Strom in um den Rotor gewickelte Spulen. Diese Spulen erzeugen ein Magnetfeld, das mit dem Permanentmagnetfeld des Stators interagiert und so eine Rotation erzeugt. Kurz bevor sich der Rotor mit dem Statorfeld ausrichtet, wechseln die Kommutatorsegmente den Kontakt mit den Bürsten und kehren die Stromrichtung in den Spulen um. Diese als Kommutierung bezeichnete Umkehrung schiebt den Rotor über den Totpunkt hinaus und sorgt dafür, dass er sich in die gleiche Richtung dreht.

Jeder Mikrobürsten-Gleichstrommotor, von der kompakten 300er-Serie bis zur größeren 900er-Serie, hergestellt bei Yuyao Hongyang Micromotor, arbeitet nach demselben elektromechanischen Prinzip.

Hauptkomponenten eines Mikrobürsten-Gleichstrommotors

Ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor besteht aus vier Funktionsteilen. Die folgende Tabelle fasst jeden Teil und seine Rolle zusammen; In den beiden folgenden Unterabschnitten werden die Details erläutert, die beim Vergleich von Motoren verschiedener Lieferanten wichtig sind.

Stator und Rotor: Woher das Drehmoment kommt

Bei einem Permanentmagnet-Bürstenmotor verwendet der Stator gebogene Magnete, um ein festes Feld über dem Luftspalt zu erzeugen. Der Rotor sitzt in diesem Feld. Wenn Strom durch die Rotorwicklungen fließt, verhält sich jede Spule wie ein Elektromagnet. Die Anziehung und Abstoßung zwischen dem Rotorfeld und dem Statorfeld erzeugen ein Drehmoment an der Welle.

Kommutator und Bürsten: Der mechanische Schalter

Der Kommutator ist das, was einen Bürstenmotor von allen anderen Gleichstrommotortypen unterscheidet. Während sich der Rotor dreht, kommen verschiedene Kommutatorsegmente mit den feststehenden Bürsten in Kontakt. Das Schalten erfolgt an der Winkelposition, an der die Spule koplanar mit dem Statorfeld ist. Dies ist der Punkt, an dem das Drehmoment andernfalls auf Null sinken würde. Das Bürsten-Kommutator-Paar fungiert daher als Drehschalter, der mit der Rotorposition synchronisiert ist, ohne dass ein externer Sensor oder eine Treiberschaltung erforderlich ist.

Schritt für Schritt: Wie sich ein Gleichstrommotor mit Bürsten dreht

Um den Ablauf deutlich zu sehen, stellen Sie sich einen einfachen zweipoligen Motor vor. Der Ablauf wiederholt sich zweimal pro Umdrehung, da jedes Spulenpaar jede halbe Umdrehung umgeschaltet wird.

1. An den beiden Anschlüssen, die mit den Bürsten verbunden sind, wird Gleichspannung angelegt.
2. Die positive Bürste berührt ein Kommutatorsegment und Strom fließt in die Rotorwicklung. Die negative Bürste schließt den Stromkreis ab.
3. Der Strom in der Wicklung erzeugt eine magnetische Achse im Rotor. Da die Statormagnete fest sind, drehen die magnetischen Kräfte den Rotor in Richtung einer Ausrichtung mit dem Statorfeld.
4. Am Ausrichtungspunkt passieren die Kommutatorsegmente die Bürsten und die Stromrichtung in der Wicklung kehrt sich um. Die magnetische Polarität des Rotors wechselt, sodass der Rotor nicht anhält, sondern über den Totpunkt hinausgeschoben wird und sich weiter dreht.
5. Die Sequenz wiederholt sich und erzeugt eine kontinuierliche Rotation, solange Gleichstrom zugeführt wird.

Aus diesem Entwurf ergeben sich zwei Konsequenzen. Erstens ist keine elektronische Steuerung erforderlich, um den Motor zu kommutieren; Die Bürsten erledigen das mechanisch. Zweitens erzeugen die rotierenden Wicklungen eine gegenelektromotorische Kraft, die der Versorgungsspannung entgegenwirkt. Die Gegen-EMF wächst mit der Geschwindigkeit, weshalb ein frei drehender Motor wenig Strom zieht, während ein blockierter Motor den maximalen Strom zieht.

Drehmoment, Geschwindigkeit und Stallzustand

Die meisten Ingenieure, die sich an einen Hersteller von Mikromotoren wenden, wollen dasselbe: einen Motor, der in den verfügbaren Raum passt und das richtige Drehmoment bei der richtigen Drehzahl liefert, ohne zu überhitzen.

Zwei Beziehungen definieren das Verhalten von Gleichstrommotoren mit Bürsten. Das Drehmoment ist proportional zum Ankerstrom und zum magnetischen Fluss des Stators. Die Geschwindigkeit ist proportional zur am Anker angelegten Spannung abzüglich des Spannungsabfalls am Wicklungswiderstand. Im Klartext: Belasten Sie die Welle und der Motor wird langsamer und zieht mehr Strom; Erhöhen Sie die Spannung und der Motor beschleunigt, während das Drehmoment ungefähr linear zum Strom bleibt.

Diese Zusammenhänge zeigen auch, wo die Risiken liegen. Ein Motor, der unterhalb seiner Nennlast läuft, ist sicher. Ein Motor, der über seiner Nennleistung läuft oder blockiert, kann die Wicklungsisolierung überhitzen, den Kommutator beschädigen und die Statormagnete entmagnetisieren. Bei der Motorauswahl kommt es vor allem auf das Nenndrehmoment und den dazugehörigen Nennstrom an, nicht auf die Leerlaufdrehzahl.

Luftbewegliche Produkte veranschaulichen den Kompromiss. Ein Lüfterrad stellt eine Last dar, die mit der Geschwindigkeit zunimmt; Fehlt dem Motor am Betriebspunkt die Drehmomentreserve, verlangsamt sich das Laufrad und der Strom steigt. Die RS360-Bürsten-Gleichstrommotor mit hohem Drehmoment für Lüfter ist ein Beispiel für einen Motor, der speziell für dieses Lastmuster gewickelt und magnetisiert wurde und dem Laufrad genügend Spielraum gibt, ohne den Wicklungsstrom in die Gefahrenzone zu drücken.

Großhandel mit Mikrobürsten-Gleichstrommotoren für Pumpenlieferanten, Fabrik Yuyao Hongyang Micromotor Co., Ltd. ist ein chinesischer Mikro-Gleichstrommotor für Pumpenlieferanten und ein RS-360-Kleinbürsten-Gleichstrommotor für Luftpumpenfabrik. Produkt anzeigen →

Gebürstet versus bürstenlos: Was der Vergleich bedeutet

Wer Mikro-Gleichstrommotoren kauft, wird auf bürstenlose Alternativen stoßen, und die Wahl liegt nicht immer auf der Hand. Die folgende Tabelle vergleicht die Faktoren, die Produktkosten, Zuverlässigkeit und Benutzererfahrung beeinflussen.

Die Schlussfolgerung ist praktisch, nicht theoretisch. Wenn Ihr Produkt einen intermittierenden Arbeitszyklus hat, mit Niederspannung betrieben wird und im Preis konkurriert, ist ein Bürstenmotor in der Regel die bessere technische Wahl. Wenn der Motor jeden Tag stundenlang läuft und Effizienz ein Verkaufsargument ist, wird bürstenlos attraktiv. Aus diesem Grund behalten die Hersteller beide Technologien im Programm und die Antwort hängt vom Lastprofil und nicht von der Mode ab.

Bei Haushaltsgeräten, bei denen der Nutzer nah am Produkt sitzt, führt Bürstengeräusch schnell zu Beschwerden. Die RS380SL gedämpfter bürstenbehafteter Gleichstrommotor für den Heimgebrauch ist eine geräuschorientierte Variante, die für diese Art von Umgebung entwickelt wurde, in der ein paar Dezibel Bürstengeräusch darüber entscheiden, ob sich ein Produkt hochwertig oder billig anfühlt.

Großhandel mit Mikro-Bürsten-PMDC-Motoren für Kaffeemaschinen, Lieferanten, Fabrik Yuyao Hongyang Micromotor Co., Ltd. ist ein Lieferant von Mikro-PMDC-Motoren in China und eine Fabrik für gebürstete PMDC-Motoren RS-380SL für Kaffeemaschinen. Produkt anzeigen →

Auswahl eines bürstenbehafteten Gleichstrommotors für Ihr Produkt

Da ein Mikrobürstenmotor immer Teil eines größeren Systems ist, beginnt die Auswahl bei der Last und nicht beim Motorkatalog. Drei Anwendungsmuster sind erwähnenswert.

Anpassung des Motors an die Last

Elektrowerkzeuge wie z Elektroschrauber benötigen ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl und tolerieren kurzzeitige Überlastungen; Das hohe Anlaufdrehmoment des Bürstenmotors ist genau die richtige Charakteristik. Haushaltsprodukte wie z Roboterstaubsauger Sie erfordern eine kompakte Größe, eine moderate Lebensdauer und einen geringen Geräuschpegel. Daher sind die Bürstenqualität und die Oberflächenbeschaffenheit des Kommutators genauso wichtig wie das grundlegende magnetische Design. Automatisierte Geräte wie z Verkaufsautomaten läuft lange Betriebszyklen und Stromaufnahme plus Wärmeableitung entscheiden darüber, ob der Motor in einem geschlossenen Gehäuse überlebt.

Überprüfung eines Mikromotors vor Großbestellungen

Sobald Sie eine Auswahlliste haben, die in Ihren mechanischen Bereich passt, überprüfen Sie diese Parameter anhand von Mustern, bevor Sie eine Großbestellung aufgeben:

• Nennspannung und Stromaufnahme bei Nennlast. Ein Stromunterschied von 20 Prozent zwischen den Proben weist auf eine Wicklungs- oder Magnetinkonsistenz hin.
• Leerlaufdrehzahl, Nenndrehzahl und Stillstandsdrehmoment. Vergleichen Sie sie mit Ihrer Lastkurve, nicht nur mit dem Datenblatt.
• Akustischer Lärm, angegeben in dB(A). Bei Haushaltsgeräten handelt es sich hierbei um eine Erstspezifikation; Ein Motor, der mechanisch einwandfrei, aber hörbar ist, wird die Produktbewertung nicht bestehen.
• Betriebsdauer in Stunden, getestet unter dem gleichen Arbeitszyklus, den Sie verwenden möchten. Ein Motor, der für den Dauerbetrieb ausgelegt ist, kann bei einer aggressiven Start-Stopp-Sequenz schnell ausfallen.
• Material Compliance für Ihren Zielmarkt. Käufer von Mikromotoren fordern regelmäßig die Einhaltung von ISO 9001 für die Herstellung, RoHS und REACH.
• Anpassung von Schaft und Anschluss. Die flache Welle, das Ritzel, die Länge des Anschlusskabels und der Steckertyp machen oft den Unterschied zwischen einem Drop-in-Motor und einer kundenspezifischen Variante aus.

Kaffeemaschinen sind ein gutes Beispiel dafür, warum produktspezifisches Design wichtig ist. Die Maschine schaltet sich viele Male am Tag ein und aus, und Benutzer bemerken Motorvibrationen und Klickgeräusche. Die Gleichstrommotor RS550SL mit glatten Bürsten für Kaffeemaschinen zielt mit vibrationsarmem Lauf und gleichmäßigem Anfahrverhalten genau auf dieses Profil ab.

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Bei Yuyao Hongyang Micromotor stellen wir seit 1988 Mikrobürsten-Gleichstrommotoren der Serien 300, 500, 700, 800 und 900 mit einer Jahreskapazität von mehr als 10 Millionen Einheiten her. Welchen Lieferanten Sie auch bewerten, fragen Sie nach Testdaten zu Drehmoment-Drehzahl-Kurven, akustischen Geräuschen und Lebensdauer. Die Antworten verraten Ihnen mehr über den Herstellungsprozess als jede Werbebeschreibung.