Wirkungsgrad wurde nochmals verbessert

Der Wirkungsgrad der bürstenlosen DC-Motoren von Oriental Motor [2] wird durch zwei zusätzliche konstruktive Maßnahmen weiter gesteigert: So befindet sich der integrierte Schaltkreis mit den Hall-Effekt-Sensoren, der die Rotorposition erfasst, direkt gegenüber der Stirnseite des Rotors (Bild 4). Die Position der Rotorpole wird deshalb noch genauer erkannt als bei bürstenlosen DC-Motoren, bei denen die Sensoren an anderer Stelle montiert sind. Darüber hinaus wurde die in den Treiber integrierte Technologie zur Steuerung des Motorstroms optimiert. Auch die Verwendung verlustarmer Elektrobleche, die Vergrößerung der Wicklungsfläche und die Verwendung dickerer elektrischer Drähte haben zu einer Erhöhung des ohnehin hohen Wirkungsgrads der bürstenlosen DC-Motoren beigetragen.

Messung mit verschiedenen Methode

Die Effizienz eines Elektromotors lässt sich mit unterschiedlichen Methoden ermitteln. Eine Möglichkeit besteht darin, die Leistungsaufnahme der Antriebe bei gleicher Ausgangsleistung miteinander zu vergleichen. Dazu werden die Motoren mit einer konstanten Last betrieben, während man die Leistung misst, die dem Antrieb in jedem Betriebspunkt zugeführt wird. Vergleicht man hier Induktionsmotoren mit einer Nennausgangsleistung von 90 W mit bürstenlosen DC-Motoren, bei denen die Ausgangsleistung ebenfalls bei 90 W liegt, zeigt sich: Der Stromverbrauch des bürstenlosen Antriebs ist geringer.

Wird der Motor an einer drehzahlvariablen Anwendung betrieben, muss der Wirkungsgrad über den gesamten Betriebsbereich hinweg verglichen werden. Der Grund liegt darin, dass sich der Wirkungsgrad bei den Motoren je nach Lastfaktor und Drehzahl ändert. Stellt man Induktionsmotoren und bürstenlose DC-Motoren mit drehzahlvariablem Bereich einander gegenüber, dann sieht man, dass der bürstenlose DC-Motor auch über einen größeren Bereich hinweg effizienter arbeitet als der Induktionsmotor (Bild 5).

Drehzahländerungen beeinflussen Effizienz kaum

An konkreten Anwendungen lässt sich die unterschiedliche Effizienz von bürstenlosen DC- und Induktionsmotoren am besten verdeutlichen – z. B. anhand eines Förderbands. Treiben ein bürstenloser DC-Motor und ein Induktionsmotor dieses mit konstanter Drehzahl an, so verbraucht der bürstenlose Antrieb – über ein Jahr hinweg betrachtet – 37 % weniger Strom als der Induktionsmotor.

Der Effekt ist bei einem drehzahlvariablen Betrieb sogar noch größer: Transportiert das Förderband eine Last mit 100 min−1 und wird für Tätigkeiten auf 30 min−1 abgebremst, sind sowohl der Stromverbrauch als auch die CO2-Emissionen des bürstenlosen DC-Motors im Jahr 69 % niedriger als die des Induktionsmotors. Das hängt damit zusammen, dass der Wirkungsgrad des bürstenlosen Antriebs durch die Änderung der Drehzahl nur leicht reduziert wird, der des Induktionsmotors jedoch sehr stark.

Ein ähnliches Bild ergibt sich beim Einsatz bürstenloser DC-Motoren als Antriebe für Lüfter: Ihr Stromverbrauch ist hier ebenfalls erheblich niedriger als der eines Induktionsantriebs. Sie haben in dieser Anwendung zudem noch einen anderen großen Vorteil: Da sich ihre Drehzahl über PWM-Signale oder externe analoge Einstellungen anpassen lässt, können auch die Geräuschemissionen der Ventilatoren reduziert werden.

Kompakte Bauweise senkt Emissionen beim Transport

Oriental Motor bietet Anwendern vier verschiedene Serien bürstenloser Motoren für Gleich- und Wechselstrombetrieb mit Nennausgangsleistungen zwischen 15 W und 400 W. Die Antriebe zeichnen sich nicht nur durch einen hohen Wirkungsgrad aus, sondern sind auch sehr kompakt gebaut. Während ein Induktionsmotor mit Getriebe etwa 200 mm lang ist, sind es beim bürstenlosen Antrieb nur 95,4 mm. Und statt 4,7 kg wie ein Asynchronmotor wiegt ein bürstenloser DC-Motor einschließlich Treiber lediglich 3,1 kg. Dank der geringen Abmessungen sind also auch die durch den Transport entstehenden CO2-Emissionen bei den bürstenlosen Antrieben geringer als bei Induktionsmotoren.

Literatur

1. Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD): World Energy Outlook 2016. www.oecd.org/content/ dam/oecd/en/publications/reports/2016/11/world-energyoutlook-2016_g1g6fcae/weo-2016-en.pdf
2. Oriental Motor (Europa) GmbH, Düsseldorf: www.orientalmotor.de