PMSM- oder BLDC-Motor: Was ist der Unterschied zwischen diesen beiden Motortypen mit Permanentmagneten?
Die technischen Daten sprechen manchmal von "BLDC"-Motoren und manchmal von "PMSM"-Motoren, manchmal sogar für Motoren, die scheinbar identisch sind. Das ist kein Zufall: Diese beiden Bezeichnungen bezeichnen sehr nahe Verwandte. Dieser Leitfaden erklärt, was sie wirklich unterscheidet und warum diese Frage vor allem für den Controller wichtig ist.
Das Wichtigste
- BLDC- und PMSM-Motoren sind zwei Arten von bürstenlosen Gleichstrommotoren mit Permanentmagneten, die im Wesentlichen auf die gleiche Weise konstruiert sind.
- Der Unterschied liegt in der Form der Spannung, die der Motor beim Drehen erzeugt: beim BLDC-Motor ist sie trapezförmig, beim PMSM-Motor ist sie sinusförmig.
- Ein BLDC-Motor lässt sich naturgemäß mit einer Rechteckwellensteuerung kombinieren, während ein PMSM-Motor am besten mit einer Sinuswellen- oder Vektorsteuerung (FOC) betrieben wird.
- In der Praxis lassen sich die meisten Elektromotorroller-Motoren sehr gut im FOC-Modus steuern, unabhängig von ihrer Marke.
Was sie gemeinsam haben
Die beiden Motoren haben:
- von Permanentmagneten auf dem rotierenden Teil, dem Rotor;
- der Wicklungen auf dem feststehenden Teil, dem Stator, die in drei Phasen verteilt sind;
- bürstenlos: Hierbei handelt es sich um einen Controller, der den Strom elektronisch steuert, weshalb er den Namen "bürstenlos" trägt.
Ein Nabenmotor bei einem Elektroroller ist von diesem Typ, mit einer Besonderheit: Der Rotor befindet sich außen. Die Magnete sind an der Innenseite der Felge befestigt, die sich um den Stator dreht, der am Achsenende angebracht ist. Man spricht hier von einem Motor mit Außentor.
Der eigentliche Unterschied: die Gegen-Elektromotor-Kraft
Wenn man einen Elektromotor mit Permanentmagneten von Hand dreht, erzeugt er eine Spannung an seinen Anschlüssen: das ist eine Dynamomaschine. Diese Spannung wird als Gegerspannung bezeichnet. Ihre Form hängt davon ab, wie die Wicklungen angeordnet sind und wie die Magnete aufgebaut sind.
| BLDC | PMSM | |
|---|---|---|
| Form der erzeugten Spannung | Trapezförmig (mit Plateaus und Rampen) | Sinuswelle |
| Natürliche Steuerung | Pulsförmige Welle, sechs Stufen pro Umdrehung des Elektromotors | Sinusförmig oder vektorbasierte (FOC) Ansteuerung |
| Kombiniert mit seiner natürlichen Bedienung | Leichte Schwankungen bei jedem Schaltvorgang | Sehr gleichmäßig |
| Typische Sensoren | Drei Hallsensoren reichen aus | Notwendige Positionsbestimmung: Encoder, Resolver oder Schätzung |
Mit einer Rechteckwellen-Ansteuerung wird der Strom in abgestuften Schritten gleichzeitig in zwei Phasen eingespeist. Wenn die Spannung des Motors die gleiche rechteckige Form aufweist, bleibt das Drehmoment nahezu konstant: dies ist das Prinzip des BLDC-Motors. Bei einer Sinuswellen-Ansteuerung variiert der Strom sanft in den drei Phasen; wenn auch die Spannung des Motors eine Sinuswelle ist, ist das Drehmoment perfekt gleichmäßig: dies ist das Prinzip des PMSM-Motors.
In der Realität ist die Grenze jedoch unscharf
Die meisten realen Motoren liegen zwischen diesen beiden Extremen: ihre Spannung ist weder eine perfekte Trapezwelle noch eine reine Sinuswelle. Aus diesem Grund kann derselbe Motor für E-Scooter unter verschiedenen Namen verkauft werden.
In der Praxis der Werkstatt lassen sich die meisten Nabenmotoren von Elektrorollern sehr gut mit vektorbasierter Regelung (FOC) betreiben, was sie leiser und sanfter macht als bei Pulsweitenmodulation. Die genaue Form ihrer Spannung hat nur einen geringen Einfluss auf das Ergebnis.
Und wie sieht es mit Synchronmotoren und Asynchronmotoren aus?
« Synchron » bedeutet, dass der Rotor genau im Takt mit dem von den Wicklungen erzeugten Feld rotiert: dies ist der Fall bei Motoren mit Magneten, sowohl BLDC als auch PMSM. Der asynchrone Motor hingegen hat keine Magnete: das Feld des Rotors wird vom Stator induziert, und der Rotor dreht sich etwas langsamer als das Feld. Er ist robust und enthält keine Magnete, ist aber bei gleicher Leistung weniger kompakt und kommt in kleinen Fahrzeugen selten vor.
Oberflächenmontierte oder innenliegende Magnete
Innerhalb der PMSM-Motoren unterscheidet man weiterhin zwischen Motoren mit auf der Rotoroberfläche aufgeklebten Magneten (SPM) und solchen mit im Inneren des Rotors liegenden Magneten (IPM). Dieser Unterschied verändert das Verhalten bei hohen Geschwindigkeiten erheblich – dazu bietet unser Leitfaden IPM- und SPM-Motoren weitere Informationen.
Was sich ändert, wenn man sich für einen Motor entscheidet
- Die Bezeichnung, ob es sich um einen BLDC- oder PMSM-Motor handelt, ist weniger wichtig als die Spannung, der zulässige Strom, die Kühlung und die Drehzahlkonstante des Motors. Sehen Sie sich unseren Leitfaden zu Kv, Kt und den Polen an.
- Der Controller muss in der Lage sein, die Sensoren auszulesen, die im Motor verbaut sind.
- Unsere Elektro-Roller-Motoren sind bürstenlose Motoren, die in High-Speed- und High-Torque-Varianten erhältlich sind.
Häufig gestellte Fragen
Kann ein BLDC-Motor im FOC-Modus betrieben werden?
Ja. Die Vektorregelung funktioniert sehr gut bei den meisten sogenannten BLDC-Motoren und bietet eine Verbesserung in Bezug auf Laufruhe und Sanftheit. Das Drehmoment kann leichte Schwankungen aufweisen, wenn die Motorstromspannung stark von einer Sinuswelle abweicht, aber das ist selten störend.
Wie kann ich feststellen, ob mein Motor eher ein BLDC- oder ein PMSM-Motor ist?
Bei der Beobachtung der Spannung zwischen zwei Phasen mit einem Oszilloskop, während der Motor manuell gedreht wird, deutet eine regelmäßige Sinuswelle auf einen PMSM-Motor hin, während flache Bereiche auf einen BLDC-Motor hindeuten. In der Praxis ist es fast nie notwendig, dies zu wissen.
Ist der Motor eines Elektrorollers synchron?
Ja. Es handelt sich um einen Permanentmagnetmotor, also einen Synchronmotor: seine Drehzahl ist direkt mit der Frequenz des Stroms verbunden, den ihm der Controller zuführt.