Permanentmagnetmotoren (PMMs) werden aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads, ihrer Leistungsdichte und ihres geringen Wartungsaufwands häufig in der industriellen Automatisierung, in Elektrofahrzeugen und Geräten eingesetzt. Unter den PMMs dominieren bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) und Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM), deren Drehmomenteigenschaften sich jedoch erheblich in Struktur, Steuerung und Leistung unterscheiden.
Aufbau: Trapezförmige Gegen-EMK mit konzentrierten Statorwicklungen.
Steuerung: Elektronische Kommutierung (Hall-Sensoren/sensorlos) schaltet Statorströme in sechsstufigen Sequenzen um und erzeugt so ein rotierendes Magnetfeld.
Ziel: Geschwindigkeits-/Positionsregelung mit Rechteckströmen.
Aufbau: Sinusförmige Gegen-EMK mit verteilten Wicklungen.
Steuerung: Fortschrittliche Algorithmen wie SVPWM oder FOC erzeugen über eine präzise Stromvektorsteuerung gleichmäßig rotierende Felder.
Ziel: Hochpräzise Drehmoment-/Drehzahl-/Positionsregelung mit sinusförmigen Strömen.
Drehmomenterzeugung
|
Motortyp |
Drehmomentgleichung |
Schlüsselkomponenten |
|
BLDC |
T = K_t × I_a |
K_t: Drehmomentkonstante (abhängig vom Fluss/Wicklungen). I_a: Statorstrom. |
|
PMSM |
T = (3/2) × p × [λ_PM×i_q + (L_d – L_q)×i_d×i_q] |
λ_PM: PM-Fluss. i_d/i_q: d/q-Achsen-Ströme. L_d/L_q: Induktivitäten. |
PMSM-Drehmomenthinweise:
Oberflächenmontiert (SPMSM): L_d ≈ L_q → Drehmoment hauptsächlich aus PM-Fluss (i_q).
Innenraum (IPMSM): L_d ≠ L_q → Zusätzliches Reluktanzdrehmoment optimiert die Leistung.
Drehmomenteigenschaften
|
Parameter |
BLDC |
PMSM |
|
Drehmomentwelligkeit |
Hoch (aufgrund der Rechteckkommutierung) |
Niedrig (Sinusströme + FOC) |
|
Kontrollpräzision |
Mäßig (abhängig vom Geschwindigkeitsregelkreis) |
Hoch (direkte Drehmoment-/Stromregelung) |
|
Spitzendrehmoment |
Begrenzt |
Höher (Feldschwächung + Reluktanzmoment) |
|
Überlastfähigkeit |
Mäßig |
Hoch (erweiterte Strombegrenzung) |
|
Effizienz |
Hoch (~85–90 %) |
Sehr hoch (~90–95 %, untere Harmonische) |
|
Aspekt |
BLDC |
PMSM |
|
Kontrollmethode |
Sechsstufige Kommutierung, Hall-Sensoren |
FOC, DTC, Feldschwächung |
|
Umsetzung |
Einfache (kostengünstige Mikrocontroller) |
Komplex (DSP/FPGA erforderlich) |
|
Kosten |
Niedrig |
Hoch |
|
Geschwindigkeitsbereich |
Schmal |
Breit (Feldschwächung aktiviert) |
Wichtige Erkenntnisse:
BLDC: Einfach zu implementieren, kosteneffektiv, aber auf Kosten der Drehmomentglätte.
PMSM: Überlegene Leistung mit FOC/DTC, die eine höhere Rechenleistung erfordert.
Wählen Sie BLDC Wann:
Kostensensitivität > Drehmomentpräzision (z. B. Lüfter, kleine Wasserpumpen, einfache Elektrowerkzeuge).
Es genügt eine einfache Steuerung (z. B. Antriebe mit fester Drehzahl).
Es ist ein hohes Anlaufdrehmoment erforderlich (Welligkeit ist jedoch tolerierbar).
Wählen Sie PMSM Wann:
Präzision ist wichtig (Robotik, Servosysteme, EV-Traktion).
Effizienz und geringe Drehmomentwelligkeit sind entscheidend (Luft- und Raumfahrt, medizinische Geräte).
Ein großer Geschwindigkeitsbereich ist erforderlich (Spindeln, Industrieautomation).
BLDC: „Arbeitspferd“ für budgetfreundliche Apps mit mäßiger Leistung.
PMSM: „High-Performer“ für präzisionskritische, hocheffiziente Systeme.
Profi-Tipp:
Für Nachrüstungen, BLDCs Einfachheit gewinnt oft.
Für neue DesignsDie fortschrittliche Steuerung des PMSM zahlt sich in der Leistung aus.
Passen Sie den Motor an Ihre Bedürfnisse an und das Drehmoment wird kein Engpass sein!
