Wie Eisenverluste die Auswahl eines BLDC-Motors beeinflussen

Ein zentraler Aspekt vonbürstenloser Gleichstrommotor (BLDC). Leistung ist Effizienz: das Verhältnis der erzielten mechanischen Leistungsabgabe zur elektrischen Leistungsaufnahme. Ein effizientes Motordesign minimiert die Wärmeentwicklung, nicht nur, weil diese sich auf den Stromverbrauch auswirkt, sondern auch, weil sie den physischen Platzbedarf eines Motors bestimmt. Ein kleiner Platzbedarf ist der Schlüssel, aber ein ineffizientes Wärmemanagement kann letztendlich die Geschwindigkeit und Drehmomenterzeugung eines Motors einschränken.

Zu den Konstruktionsüberlegungen, die sich auf die Motoreffizienz auswirken, gehören Reibungsverluste, die durch die Lager des Motors entstehen, sowie Joule-Verluste, die durch den Widerstand der Spule verursacht werden. Zusätzlich zu diesen Faktoren hängen Eisenverluste mit der Frequenz der Variation des magnetischen Flusses (der Messung des magnetischen Feldes) zusammen, wenn dieser in ein Material eindringt. Je schneller ein Motor dreht, desto mehr Eisenverluste entstehen.

Wie Eisenverluste entstehen Um dieses Phänomen zu veranschaulichen: Wenn ein Magnet durch ein ferromagnetisches Rohr fällt, ist die Fallgeschwindigkeit langsamer, als wenn das Rohr aus einem nicht ferromagnetischen Material wäre. Dies ist ein Ergebnis des Lenzschen Gesetzes, das erklärt, dass die Änderung des Magnetfelds Ströme induziert, die in die entgegengesetzte Richtung fließen. Dies wiederum verringert die Geschwindigkeit des Magneten.

Das gleiche Phänomen gilt für die Magnete am Rotor eines BLDC-Motors. Eisenverluste entstehen durch Wirbelströme und den Effekt der Hysterese. Wirbelströme werden durch das Faradaysche Gesetz erklärt, das besagt, dass beim Anlegen eines Magnetfelds an ein leitendes Material ein Strom durch dieses erzeugt wird. Jede Materialart hat einen spezifischen elektrischen Widerstand. Je höher der spezifische Widerstand, desto größer die Verluste.

Bei einem BLDC-Motor hängt das Ausmaß der Wirbelverluste von seiner Konstruktion und den Materialien ab. Einen wesentlichen Einfluss haben die Frequenz und Intensität der Magnetfeldumkehr sowie die Drehzahl des Motors. Auch die Dicke des Materials im Motorkern spielt eine wichtige Rolle. Eine wirksame Möglichkeit, den Einfluss der Materialdicke zu reduzieren, besteht darin, das Kernmaterial mit dünnen Schichten zu laminieren. Dadurch entsteht ein kleinerer Weg für den Strom, der in mehrere kleine Ströme aufgeteilt wird, wodurch die Auswirkungen des Widerstands minimiert werden.

Neben Wirbelströmen ist die Hysterese eine weitere Hauptursache für Eisenverluste. Dies bedeutet, dass bei der Umkehr des magnetischen Flusses in ein ferromagnetisches Material durch die Magnetisierungs- und Entmagnetisierungswirkung ein Energieverlust entsteht. Diese Verluste hängen in erster Linie von der magnetischen Induktion im Stromkreis sowie der Frequenz der Flussschwankung ab, was bedeutet, dass es darauf ankommt, das richtige Motorkernmaterial für die gewünschte Geschwindigkeit auszuwählen.

Überlegungen zum BLDC-Design Die Berücksichtigung von Verlusten ist von entscheidender Bedeutung, da sie die Leistungsabgabe eines Motors einschränken. Andernfalls würde es zu einer übermäßigen Erwärmung kommen, die den Motor beschädigen oder letztendlich durchbrennen würde. Es ist auch wichtig, den richtigen Motor für den Arbeitspunkt auszuwählen und dabei die erforderliche Drehzahl und das erforderliche Drehmoment zu berücksichtigen. Joule-Verluste entstehen hauptsächlich bei der Drehmomenterzeugung, während Eisenverluste meist bei hoher Drehzahl entstehen, d. h. wenn die maximale Dauerdrehzahl steigt, sinkt das maximale Dauerdrehmoment und umgekehrt.

Bei der Auslegung des Motors muss auch die Polzahl berücksichtigt werden. Das Hinzufügen von Polen erhöht das Drehmoment, erhöht aber aufgrund der höheren Frequenz der Magnetflussschwankung auch die Eisenverluste. Dadurch verringert sich die maximale Dauerdrehzahl, was bedeutet, dass beim Vergleich von Motoren mit konstanter Drehzahl ein vierpoliger Motor schneller an Drehmomentfähigkeit verliert als ein zweipoliger gleichwertiger Motor.

Auswahl eines Motorenherstellers Aufgrund der thermischen Einschränkungen eines Motors ist es wichtig, die Auswirkungen von Verlusten zu berücksichtigen. Die Minimierung der Eisenverluste ist entscheidend für die Effizienz, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsbetrieben, und sie müssen in einem optimierten Verhältnis zu den Joule-Verlusten ausgeglichen werden.

Jede Anwendung hat ihre eigenen spezifischen Anforderungen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, dass das ausgewählte Motorentechnikteam die Auswirkungen der verschiedenen Arten von Verlusten versteht. Neben der Entwicklung von Motoren mit hoher Leistung und Effizienz arbeiten die Ingenieure von Portescap in einer Vielzahl von Anwendungen an der Entwicklung von Motoren, die den erforderlichen Arbeitspunkt in einem kompakten und zuverlässigen Paket erreichen.