Brushless Motoren

Zitat aus den Kommentaren unter meinem YouTube-Video "Erklärs Mir"#7 - Brushless Motoren (https://www.youtube.com/watch?v=91fobl8Bl-Y) von Gunter Flunder:

Wirklich sensorlos ist ein "sensorloser" brushless Motor nicht. Die Antriebsspulen selbst sind die Sensoren. [...] Der Regler bestromt die Spulen und schaut sich den Spannungsverlauf der Spulen an. Sieht dieser nur den ohmschen Spannungsabfall, dann weiß der Regler, dass der Motor steht. Sieht er neben dem ohmschen Spannungsabfall zusätzlich eine Signatur der Gegeninduktionsspannung auf den Spulen, kann er daraus die Drehrichtung und Winkelgeschwindigkeit bzw. Drehzahl ermitteln.

Stellt er fest, dass die Drehrichtung korrekt ist, dann führt er bei gegebenem Strom, Phasenlage und Frequenz so, dass die Gegeninduktionsspannung maximiert wird. Im anderen Fall dreht er die Stromansteuerung so, dass der Motor stoppt und in die richtige Richtung anläuft und führt dann bei gegebenem Strom, Phasenlage und Frequenz zur Maximierung der Gegeninduktionsspannung. Auf diese Weise läuft ein Brushless-Motor stets bei korrekter Phasenlage im Punkt des höchsten Drehmoments und Wirkungsgrads.

Zur Erhöhung der Drehzahl wird die Amplitude des Stroms erhöht, ansonsten herabgesetzt. Phasenlage und Frequenz werden dabei über die Verläufe der Gegeninduktionsspannung vom Motor an den Regler kommuniziert. Der Motor führt auf diese Weise den Regler, bis das Antriebsdrehmoment bei gegebener Stromamplitude durch das Last-Gegendrehmoment kompensiert wird.

#3-Phasen-Synchronmaschine

Brushless Outrunner haben den Rotor, also das sich drehende Teil außen liegen. Das hat ein besseres Drehmoment und eine erhöhte Feinfühligkeit zur Folge, da in solchen Motoren deutlich mehr Magnete (sowohl Elektro-, als auch Permanentmagnete) verbaut sind. Somit ist der freie Weg zwischen diesen kleiner. Daher braucht ein solcher Motor auch keine empfindliche Sensorik zur Ermittlung der Rotorposition, weil sich durch die vielen Pole die Lage schon sehr präzise bestimmen lässt. Wenn es nun mehr Magnete gibt, die mit den Spulen wechselwirken, ist in Summe auch die resultierende Kraft größer. Zumal Drehmoment das Produkt aus Kraft und Hebelarm ist und bei Outrunnern der gedachte Hebelarm größer ist als bei Innenläufern.

Der Nachteil dieser Motoren liegt jedoch schon auf der Hand, gerade beim Einsatz in einem Modell, das auf der Straße betrieben wird. Der Rotor liegt außen und ist daher ziemlich anfällig für Schmutz und kleine Steinchen. Im Gelände kann man also nicht mehr fahren, es sei denn, man baut eine Art Käfig um den Motor, um ihn vor jeglichen Einflüssen zu schützen. Auf der Straße ist die Gefahr vor Fremdkörpern deutlich geringer, aber immernoch vorhanden.

Ein kurzer Kommentar noch zum Thema Drehzahlunterschied der Motortypen:

Innenläufer erreichen höhere Drehzahlen als Außenläufer, da sie eine geringere Anzahl an Polen besitzen, die über die drei Motorkabel angesteuert werden müssen. Vereinfacht gesehen gibt es weniger Zwischenstufen, also Pole, die angesteuert werden müssen. Da hier die Rotation des Magnetfeldes um 360° also schneller / in weniger Schritten zu realisieren ist, kann man so höhere Drehzahlen erzielen.

So kann man regulieren, ob der Motor seine volle Leistung bei einem hohen Stromverbrauch liefern soll oder ob er bei moderater Stromaufnahme nicht sein gesamtes Potential ausspielt.

0 - 10° Timing eignet sich am besten für Inrunner und höher drehende Motoren.

25 - 30° sind empfehlenswert für langsam drehende Outrunner