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Der Aufstieg bürstenloser Gleichstrommotoren (BLDC) beruht im Wesentlichen auf ihrer umfassenden Überlegenheit gegenüber herkömmlichen Bürstenmotoren hinsichtlich Konstruktion, Leistung und Betriebskosten. Herkömmliche Bürstenmotoren erreichen die Stromkommutierung durch den mechanischen Kontakt zwischen Bürsten und Kommutatoren. Dieser strukturelle Nachteil erschwert es ihnen, bei Kernindikatoren wie Wirkungsgrad, Lebensdauer und Zuverlässigkeit Fortschritte zu erzielen. Bürstenlose Gleichstrommotoren hingegen nutzen die elektronische Kommutierungstechnologie und verzichten vollständig auf Bürsten und Kommutatoren. Dadurch werden die inhärenten Probleme herkömmlicher Motoren grundlegend gelöst und die Kernanforderungen moderner Industrien an Motoren – nämlich „hoher Wirkungsgrad, lange Lebensdauer und geringer Energieverbrauch“ – optimal erfüllt.
Die extrem lange Lebensdauer und die geringen Wartungskosten sind die entscheidenden Vorteile bürstenloser Gleichstrommotoren. Die Bürsten und Kommutatoren herkömmlicher Bürstenmotoren verschleißen bei hohen Drehzahlen kontinuierlich und erreichen eine durchschnittliche Lebensdauer von nur 1.000 bis 3.000 Stunden. Im industriellen Dauerbetrieb ist es daher oft notwendig, die Maschine monatlich zum Bürstenwechsel abzuschalten. Dies erhöht nicht nur die Wartungskosten, sondern beeinträchtigt auch die Produktionseffizienz erheblich. Bürstenlose Gleichstrommotoren hingegen nutzen die elektronische Kommutierung über Hall-Sensoren und Controller – ganz ohne mechanischen Kontakt und Verschleißteile. Ihre Lebensdauer kann 10.000 bis 30.000 Stunden erreichen und ist damit 5- bis 10-mal so hoch wie die von herkömmlichen Bürstenmotoren. Nehmen wir Haushaltsstaubsauger als Beispiel: Bei Geräten mit Bürstenmotoren lässt die Leistung in der Regel nach ein bis zwei Jahren nach, während Geräte mit bürstenlosen Motoren eine Lebensdauer von fünf bis acht Jahren erreichen können. In diesem Zeitraum ist fast keine Wartung erforderlich, was die Betriebskosten des Benutzers erheblich reduziert.
Zweitens machen die hohe Effizienz und die Energieeinsparung bürstenlose Gleichstrommotoren angesichts der Energieknappheit wettbewerbsfähiger. Die Bürstenreibung herkömmlicher Bürstenmotoren verursacht einen Energieverlust von 10 bis 20 Prozent, und die Kommutierungsfunken führen zu elektromagnetischen Störungen, was die Energieeffizienz weiter reduziert. Ihr Gesamtwirkungsgrad liegt üblicherweise zwischen 60 und 75 Prozent. Durch den Wegfall der mechanischen Reibungsverluste kann der Wirkungsgrad bürstenloser Gleichstrommotoren auf 85 bis 95 Prozent gesteigert werden. Bei gleicher Ausgangsleistung ist ihr Stromverbrauch um mehr als 30 Prozent geringer als der von herkömmlichen Bürstenmotoren. Am Beispiel eines Förderbandmotors in einer industriellen Montagelinie: Ein 5-Kilowatt-Gleichstrommotor ist 8.000 Stunden im Jahr in Betrieb. Bei einem Strompreis von 0,6 Yuan pro kWh ergibt sich eine jährliche Stromersparnis von 7.200 Yuan im Vergleich zu einem Bürstenmotor gleicher Leistung. Im Hilfsmotorsystem von Elektrofahrzeugen verbessert die hohe Effizienz bürstenloser Motoren direkt die Reichweite der Fahrzeuge, wodurch sie zur ersten Wahl der Automobilhersteller werden.
Die hervorragende Regelgüte und Betriebsstabilität ermöglichen den Einsatz bürstenloser Gleichstrommotoren in komplexeren Anwendungsszenarien. Die Drehzahlregelung herkömmlicher Bürstenmotoren basiert auf der Änderung der Ankerspannung, was eine geringe Regelgenauigkeit und langsame Reaktionszeit zur Folge hat und somit die Anforderungen präziser Steuerung erschwert. Bürstenlose Gleichstrommotoren hingegen ermöglichen durch Vektorregelung eine präzise Drehzahl- und Drehmomentsteuerung mit einem breiten Drehzahlregelbereich von bis zu 1:1000. Die Reaktionszeit vom stabilen Niedrigdrehzahlbetrieb zum sofortigen Hochdrehzahlstart beträgt nur wenige Millisekunden. Im Bereich der unbemannten Luftfahrzeuge (UAVs) gewährleistet die präzise Regelbarkeit bürstenloser Motoren ein stabiles Schweben und flexibles Steuern. In der Medizintechnik erfüllen ihre geringen Vibrations- und Geräuscheigenschaften die hohen Anforderungen an die Betriebsstabilität chirurgischer Instrumente. Darüber hinaus können die von herkömmlichen Bürstenmotoren erzeugten Kommutierungsfunken umliegende elektronische Geräte stören, während bürstenlose Motoren im Betrieb eine bessere elektromagnetische Verträglichkeit aufweisen und daher in Bereichen wie der Kommunikationstechnik und der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden können, die extrem hohe Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit stellen.
Die schrittweise Beseitigung der Kostennachteile hat ihre Verbreitung beschleunigt. Anfangs waren bürstenlose Gleichstrommotoren aufgrund der hohen Kosten für Steuerungen und Hall-Sensoren zwei- bis dreimal so teuer wie herkömmliche Bürstenmotoren, was ihren Einsatz auf den mittleren und unteren Preissektor beschränkte. Mit der Entwicklung der Halbleitertechnologie sind die Kosten für Motorsteuerungschips deutlich gesunken. Gleichzeitig hat die Massenproduktion den Gesamtpreis bürstenloser Motoren im Vergleich zu vor zehn Jahren um mehr als 50 % reduziert. In vielen Anwendungsbereichen sind die Anschaffungskosten bürstenloser Motoren zwar zunächst etwas höher, doch aufgrund ihrer extrem langen Lebensdauer und der Vorteile im Energieverbrauch sind die Gesamtlebenszykluskosten bereits niedriger als die von herkömmlichen Bürstenmotoren. Beispielsweise können die jährlichen Einsparungen bei Strom- und Wartungskosten nach dem Einsatz bürstenloser Motoren in den Abluftventilatoren von Großküchen die anfänglichen Mehrkosten decken und somit erhebliche langfristige wirtschaftliche Vorteile bieten.
Natürlich haben herkömmliche Bürstenmotoren in einfachen, kostensensiblen Anwendungen mit geringen Anforderungen an die Steuerung (wie Spielzeug und kleine Ventilatoren) nach wie vor ihre Daseinsberechtigung. Doch mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Motorsteuerungstechnik erweitert sich der Anwendungsbereich bürstenloser Gleichstrommotoren stetig. Von Elektrowerkzeugen für den täglichen Gebrauch bis hin zu großen Industrieanlagen, von Unterhaltungselektronik bis zur neuen Energiewirtschaft – bürstenlose Gleichstrommotoren treiben mit ihren unersetzlichen Vorteilen die technologische Innovation der gesamten Motorenindustrie voran und sind zu einer unverzichtbaren Kernkomponente in der modernen Industrieproduktion und im Alltag geworden.
