Aufgrund ihrer Effektivität, Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit an eine Vielzahl von Anwendungen erfreuen sich bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) zunehmender Beliebtheit. Die Leistung und der Betrieb eines BLDC-Motors hängen maßgeblich von der Anzahl der verwendeten Phasen ab. In diesem Artikel werden 3-Phasen-, 2-Phasen- und 1-Phasen-BLDC-Motoren umfassend verglichen, wobei der Schwerpunkt auf ihren Funktionsprinzipien, Vorteilen, Nachteilen und typischen Anwendungen liegt. Darüber hinaus werden Datendiagramme eingefügt, um ihre Leistung und Verwendung besser zu veranschaulichen.

Übersicht über bürstenlose Gleichstrommotoren

Eine Gleichstromquelle treibt synchrone bürstenlose Gleichstrommotoren über einen elektronischen Controller an. BLDC-Motoren benötigen keine Bürsten zur Kommutierung. Stattdessen verwenden sie eine elektrische Kommutierung, die die Effizienz verbessert und den Verschleiß verringert.

Zu den wichtigsten Eigenschaften von BLDC-Motoren gehören:

• Hohe Leistungsdichte
• Lange Lebensdauer
• Geringe Wartungsanforderungen
• Hohe Effizienz

Die Anzahl der Phasen in einem BLDC-Motor beeinflusst, wie die Magnetfelder erzeugt und wie das Drehmoment abgegeben wird, was zu Unterschieden in den Leistungsmerkmalen führt.

Einphasige BLDC-Motoren

Aufbau und Funktionsprinzip

Einphasige BLDC-Motoren haben ein einfacheres Design mit einer einzigen Wicklung im Stator. Eine vom elektronischen Controller erzeugte Wechselstromwellenform interagiert mit den Permanentmagneten des Rotors, um Bewegung zu erzeugen. Diese Motoren sind normalerweise auf zusätzliche Mechanismen wie Startspulen angewiesen, um die Rotation einzuleiten, da eine einzelne Phase nicht unabhängig ein rotierendes Magnetfeld erzeugen kann.

Anwendungen:

• Ventilatoren
• Kleine Pumpen
• Haushaltsgeräte

Zweiphasige BLDC-Motoren

Aufbau und Funktionsprinzip

Zweiphasige BLDC-Motoren verwenden zwei um 90 Grad versetzte Statorwicklungssätze. Um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, schaltet der Controller den Strom zwischen diesen beiden Wicklungen um. Diese Motoren bieten einen Kompromiss zwischen einphasiger Einfachheit und dreiphasiger Leistung.

Anwendungen:

• Robotik
• Kleine Präzisionsgeräte
• Industrielle Geräte mit geringem Stromverbrauch

Dreiphasige BLDC-Motoren

Aufbau und Funktionsprinzip

Dreiphasige BLDC-Motoren verfügen über drei Statorwicklungen, die um 120 Grad voneinander entfernt sind. Der elektronische Controller erzeugt einen dreiphasigen Wechselstrom, um ein gleichmäßiges und kontinuierliches rotierendes Magnetfeld zu erzeugen. Dieses Design ermöglicht hohe Leistung und Präzision.

Anwendungen:

• Elektrofahrzeuge (EVs)
• Luftfahrtsysteme
• Industrielle Automatisierung
• Medizinische Geräte

Vergleich von 3-Phasen-, 2-Phasen- und 1-Phasen-BLDC-Motoren

Die wichtigsten Unterschiede zwischen den drei Arten von BLDC-Motoren sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Merkmal	Einphasig	Zweiphasig	Dreiphasig
Effizienz	Niedrig	Mittel	Hoch
Drehmomentschwankungen	Hoch	Mittel	Niedrig
Kosten	Niedrig	Mittel	Hoch
Komplexität	Einfach	Mittel	Komplex
Anwendungen	Haushaltsgeräte	Robotik, kleine Geräte	Elektrofahrzeuge, industrielle Systeme
Anlaufmechanismus	Benötigt Anlaufspule	Direkter Start	Direkter Start
Leistungsdichte	Niedrig	Mittel	Hoch
Geräusche & Vibrationen	Hoch	Mittel	Niedrig

Vergleich der Effizienz

Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) sind hocheffizient und vielseitig. Die Effizienz von 3-Phasen-, 2-Phasen- und 1-Phasen-BLDC-Motoren hängt von der Anwendung und den Betriebsbedingungen ab.

• 3-Phasen-BLDC-Motoren: Diese sind aufgrund der ausgewogenen Leistungsabgabe, des reibungslosen Betriebs und der geringen Drehmomentwelligkeit am effizientesten. Ihr robustes Design bietet hervorragende Leistung in Anwendungen mit hoher Leistung und hoher Geschwindigkeit, wie z. B. in der industriellen Automatisierung und in Elektrofahrzeugen.
• 2-Phasen-BLDC-Motoren: 2-Phasen-Motoren sind weniger effizient als 3-Phasen-Motoren, da sie eine höhere Drehmomentwelligkeit erzeugen und komplexere Antriebselektronik benötigen, um eine gleichmäßige Leistung zu erzielen. Sie sind jedoch kostengünstig und für Anwendungen geeignet, die mäßige Präzision und Effizienz erfordern, wie z. B. Kleingeräte.
• 1-Phasen-BLDC-Motoren: Diese sind aufgrund der erheblichen Drehmomentwelligkeit und der ungleichmäßigen Leistungsverteilung die am wenigsten effizienten der drei Motoren. Sie sind einfacher aufgebaut und ideal für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch und niedrigen Kosten wie Lüfter und Pumpen, bei denen eine hohe Effizienz weniger wichtig ist.

Vergleich der Drehmomentwelligkeit

Die Drehmomentwelligkeit ist ein kritischer Leistungsfaktor bei bürstenlosen Gleichstrommotoren (BLDC), der die Effizienz, den Lärm und die Vibration beeinflusst. Sie entsteht durch Schwankungen in der Drehmomenterzeugung während der Rotordrehung, die hauptsächlich durch nicht sinusförmige Gegen-EMK, Kommutierungsereignisse und magnetisches Design verursacht werden.

• Dreiphasige BLDC-Motoren: Diese Motoren weisen von den drei Konfigurationen die geringste Drehmomentwelligkeit auf. Ihr Design gewährleistet einen gleichmäßigeren Betrieb, da sich die drehmomenterzeugenden Phasen überlappen und so Pulsationen minimiert werden. Darüber hinaus bieten sie eine überlegene Effizienz und weniger akustisches Rauschen, was sie ideal für Präzisionsanwendungen wie Roboter und medizinische Geräte macht.
• Zweiphasige BLDC-Motoren: Die Drehmomentwelligkeit ist bei Zweiphasenmotoren höher als bei Dreiphasenmotoren, da es keine überlappenden Phasen zur Drehmomenterzeugung gibt. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Leistungsabgabe, was zu mehr Vibrationen und Lärm führt. Diese Motoren sind jedoch einfacher und billiger und werden häufig in kostensensiblen Anwendungen eingesetzt.
• Einphasige BLDC-Motoren: Einphasige Motoren weisen die höchste Drehmomentwelligkeit auf, da immer nur eine Phase zum Drehmoment beiträgt. Die intermittierende Natur der Drehmomenterzeugung führt zu ausgeprägten Pulsationen, die zu erheblichen Vibrationen und Lärm führen. Sie sind dennoch klein und für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch geeignet, bei denen Größe und Kosten entscheidende Faktoren sind.

Diagramm: Drehmomentwelligkeit vs. Wirkungsgrad

Auswahl des richtigen Motors

Die Auswahl des richtigen BLDC-Motortyps für Ihre Anwendung hängt von Ihren Prioritäten in Bezug auf Leistung, Effizienz, Kosten und Steuerung ab.

• Leistungsorientierte Anwendungen: Wenn Sie einen Motor für eine Anwendung benötigen, die hohe Leistung, gleichmäßiges Drehmoment und hohe Effizienz erfordert – wie etwa in Elektrofahrzeugen oder Industrierobotern – ist ein 3-Phasen-BLDC-Motor die ideale Wahl.
• Mäßige Leistung zu geringeren Kosten: Für Anwendungen, bei denen die Leistungsanforderungen mäßig sind, aber Kosten und Einfachheit wichtiger sind, kann ein 2-Phasen-BLDC-Motor eine gute Option sein. Er eignet sich für Lüfter oder kleine Werkzeuge, bei denen die Drehmomentwelligkeit akzeptabel ist.
• Kostengünstige, einfache Lösungen: Für kleine Geräte, bei denen die Kosten der Hauptfaktor sind und die Leistungseinschränkungen akzeptabel sind, sind einphasige BLDC-Motoren die beste Wahl. Diese Motoren sind leicht zu steuern, kostengünstig und für nicht kritische Anwendungen geeignet.

Beim Vergleich von 3-phasigen, 2-phasigen und einphasigen bürstenlosen Gleichstrommotoren hängt die Wahl von den Anwendungsanforderungen ab. 3-phasige bürstenlose Gleichstrommotoren sind aufgrund ihres ruhigeren Betriebs und ihrer besseren Effizienz ideal für Hochleistungsanwendungen. 2-phasige Motoren bieten ein einfacheres Design, können aber zu mehr Vibrationen führen und eignen sich daher für kostensensible Anwendungen. Einphasige Motoren sind zwar kompakt und erschwinglich, bieten jedoch weniger Effizienz und Drehmoment und eignen sich daher am besten für Aufgaben mit geringem Stromverbrauch. Für Käufer, die nach Großbestellungen suchen, bieten bürstenlose Gleichstrommotoren im Großhandel kostengünstige Lösungen, die auf unterschiedliche Leistungsanforderungen zugeschnitten sind und den richtigen Motortyp für verschiedene industrielle oder kommerzielle Anwendungen gewährleisten.