Platz- und kostensparende Motortreiber Zwei Asse für BLDC-/BLAC- /EC-Kleinstantriebe

Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) und bürstenlose Wechselstrommotoren (BLAC) erfreuen sich auch in Europa immer mehr an Beliebtheit. Mit dem TB6588FG und dem TB6585FG hat Toshiba zwei »Arbeitspferde« für EC-Kleinstantriebe entwickelt, die in der Leistungsklasse bis zu 50W kaum noch Wünsche offen lassen. Und mit Hilfe der Evaluationboards von Glyn gelangt der Entwickler auch noch schnell zu einem funktionsfähigen System.

In Asien und insbesondere in Japan blickt man bereits auf mehrere Jahrzehnte Erfahrung in diesem Bereich zurück. Für Anwendungen in großen Stückzahlen gab es spezielle System-on-Chip Systeme - die ASSPs (Application Specific Standard Products). Diese ICs hatten bereits Anfang der 80er-Jahre auf kleinstem Bauraum alles an Bord was man für die Motorsteuerung benötigte. Neben der Kommutierungslogik und den Hall-Verstärkern waren  auch  der Leistungsteil (Dreiphasenbrücke) für dreisträngige EC-Systeme nebst diverser Schutzschaltungen implementiert. Zum Einsatz kamen solche ASSPs zum Großteil in der analogen und digitalen Welt der Speichermedien. Dort reichte die Bandbreite von Magnetbandlaufwerken, wie beispielsweise Video- und Audio-Equipment über Floppy-Disc-Laufwerke, Festplattenlaufwerke bis hin zu den CD-/DVD-ROM-Laufwerken. Was liegt also näher, als diese bewährte Technologie etwas »aufzubohren« und sie an die heutigen Bedürfnisse anzupassen?

Die auf Permanent-Magneten basierenden Motoren benötigen immer eine drehfelderzeugende Elektronik, die die Rotorlage erfasst und dazu passend die Motorwicklungen bestromt. Oft bezeichnet man sie deshalb auch als elektronisch-kommutierte Motoren oder kurz EC-Motoren genannt. Die dazu benötigte Elektronik war trotz aller Vorteile dieser Technologie in den letzten Jahren zu aufwendig und hierzulande zu teuer, um sie auf breiter Basis voranzutreiben.

Brushless ist Trumpf

Die Akronyme BLDC und BLAC haben sich in den letzen Jahren mehr oder weniger eingebürgert, obwohl die Bezeichnung BLDC verwirrend ist. BLDC-, als auch BLAC-Motoren beziehen jedoch ihre Speisung aus einer Gleichspannungsquelle (Batterie, Akkumulator, Gleichspannungszwischenkreis). Die Leistungs- und Kommutierungselektronik bürstenloser Gleichstrommotoren erzeugt im ersten Fall rechteck- oder trapezförmige (Block-Kommutierung)  und im zweiten Fall sinusförmige Spannungs-, oder Stromkurven aus einer  Gleichspannungsquelle.  Bürstenlose permanenterregte DC- und AC-Motoren unterscheiden sich konstruktiv im Wesentlichen hinsichtlich der Modellierung des Permanentmagnetfeldes, der Wicklungsausführung und bzgl. der Anforderungen an die Auflösung des Lagegebers.

BLDC-/BLAC-Motoren bieten gegenüber den herkömmlichen, bürstenbehafteten Motoren folgende Vorteile:

  • hoher Wirkungsgrad
  • hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit
  • hohe Dynamik
  • hohe Drehzahlen
  • hohes Drehmoment
  • hohe Leistungsdichte
  • bessere EMV (kein Bürstenfeuer)
  • EX-geschützte Ausführungen
  • ruhigerer Lauf

Weil der Kommutator- / Bürstenapparates wegfällt, sind die Abmessungen kompakter und das trotz gleicher Leistung bzw. höherer Leistungsdichte und einem höheren Wirkungsgrad. Möglich wird das,  weil die Reibungsverluste der Bürste und des Kommutators wegfallen.  Ein weiterer angenehmer Nebeneffekt besteht darin, dass das Bürstenfeuer und die damit einhergehenden Störungen nahezu entfallen. Mit der elektronischen Kommutierung sind hohe Drehzahlen gepaart mit einer langen Lebensdauer keine widersprüchlichen Anforderungen. Es gibt keinen Bürstenapparat und Kollektor und somit an dieser Stelle auch keinen Verschleiß.  Also ist für die Lebensdauer eines EC-Motors letztendlich nur noch maßgeblich, wie er gelagert wird und wie gut die Leistungselektronik bemessen ist.