Bei bürstenlosen DC-Motoren Absolute Positionsmessung für bessere Motorkommutierung

Für effiziente Antriebssysteme ist neben Drehmoment-»Ripple«, Gleichlaufverhalten und akustischen Geräuschen die Stromaufnahme des Systems unter verschiedenen Lastzuständen von großer Bedeutung. Wie kann dafür bei bürstenlosen DC-Motoren die Position möglichst exakt bestimmt werden?

Das Thema effiziente Antriebssysteme ist in vielen Anwendungen extrem wichtig. Das gilt nicht gleichermaßen für alle Anwendungen, in denen elektrische Antriebe zum Einsatz kommen. Elektronische Zahnbürsten, batteriebetriebenes Spielzeug oder einfache Lüftungsmotoren etwa kommen oftmals ohne zusätzliche Sensorik aus. Ein nicht perfektes Gesamtverhalten wird in diesen Fällen in Kauf genommen.

Elektrowerkzeuge sind ein Beispiel für eine Produktart, bei der eine zuverlässige und vorhersehbare Motorleistung unabdingbar ist. Beispielsweise besteht das Risiko, dass sich der Benutzer einer Motorsäge verletzt oder dass er verärgert wird, weil diese unerwartet zurückspringt beziehungsweise beim Anwerfen einen „Satz“ nach vorne macht. In gleicher Weise würde der Markt sehr schnell eine elektrische Bohrmaschine oder ein ähnliches Elektrowerkzeug ablehnen, das bei jedem Gebrauch mit einem anderen Drehmoment und/oder einer anderen Beschleunigung startet.

Die Hersteller solcher leistungskritischen Motorsysteme kennen die Anforderungen ihrer Benutzer sehr genau. Sie versuchen, den Anforderungen meist durch Einsatz bürstenbehafteter DC-Motoren nachzukommen, da diese die bewährte Fähigkeit mitbringen, beim Start und bei unterschiedlichen Lasten die Kommutierung und das maximale Drehmoment zu halten. Gegen den bürstenbehafteten DC-Motor sprechen allerdings seine relativ niedrige Effizienz und die Tendenz, dass die Bürsten aufgrund mechanischer Abnutzung oder chemischer Kontamination noch vor anderen Bauteilen ausfallen.

Die Vor- und Nachteile von BLDC-Motoren

Im Gegensatz dazu sind bürstenlose DC-Motoren (BLDC) bürstenbehafteten DC-Motoren in vielerlei Hinsicht deutlich überlegen:

  • Effizienz
  • Verschleiß
  • Drehmoment-„Ripple“

Die größte Herausforderung eines BLDC-Motorsteuerungssystems ist es, Drehzahl- und Drehmomentregelung in den verschiedensten Betriebszuständen effizient zu halten. Damit sind die Beschleunigung aus dem Haltestillstand sowie die mögliche Bremsung des Antriebes gemeint. Eine absolute Positionserfassung war in der Vergangenheit nur durch teure Sensoren mit optischem Messprinzip realisierbar.

Neuartige Systeme setzen auf kostengünstige, hochintegrierte Magnetsensorsysteme. Diese Sensoren erfüllen in den allermeisten Fällen die gestellten Auflösungs- und Genauigkeitsanforderungen.

Bei Elektrowerkzeugen hat die effiziente, zuverlässige BLDC-Motortechnologie generell bisher keinen Anklang gefunden. Hersteller von Elektrowerkzeugen und andere mit ähnlichen Anforderungen könnten jedoch den BLDC-Motor übernehmen, indem sie einen magnetischen Positionssensor-IC nutzen, der zusammen mit einem einfachen Magneten absolute Positionsdaten liefert, niedrige Systemkosten aufweist und einfach in das Motorsystem zu integrieren ist. So wird es dem BLDC-Motor ermöglicht, jederzeit die optimale Kommutierung zu halten.