A kefe nélküli motorok különféle villanymotorok, amelyek a hagyományos kefe- vagy szénmotorokkal ellentétben a szén eltávolítása a kefe nélküli motorokban növeli ezeknek a motoroknak a hatékonyságát és élettartamát a hagyományos szénmotorokhoz képest.
A kefe nélküli motorok számos előnye miatt számos szerszámunk kefe nélküli motort használ, hogy minden helyzetben elkísérje Önt egyedülálló erejével. A hosszabb élettartam, a kis tömeg és a kisebb zajkibocsátás azok a tulajdonságok, amelyek megkülönböztetik ezeket a motorokat a széntüzelésű motoroktól.
A motorok teljesítményellátó gépek
Amikor a mérnökök azzal a kihívással szembesülnek, hogy elektromos berendezéseket tervezzenek mechanikai feladatok elvégzésére, elgondolkodhatnak azon, hogyan alakulnak át az elektromos jelek energiává. Tehát a működtetők és a motorok azon eszközök közé tartoznak, amelyek az elektromos jeleket mozgássá alakítják. A motorok elektromos energiát cserélnek mechanikai energiává.
A legegyszerűbb motortípus a szálcsiszolt egyenáramú motor. Az ilyen típusú motorokban az elektromos áramot rögzített mágneses térben elhelyezett tekercseken vezetik át. Az áram mágneses mezőket hoz létre a tekercsekben; ez a tekercsszerelvény elfordulását okozza, mivel mindegyik tekercset eltolják a hasonló pólustól, és a rögzített mező eltérő pólusa felé húzzák. A forgás fenntartása érdekében folyamatosan meg kell fordítani az áramot, hogy a tekercs polaritása folyamatosan megváltozzon, és a tekercsek továbbra is „kergetik” a nem rögzített pólusokat. A tekercsek áramellátását rögzített vezetőkefék biztosítják, amelyek forgó kommutátorral érintkeznek; a kommutátor forgása okozza a tekercseken áthaladó áram megfordítását. A kommutátor és a kefék azok a kulcselemek, amelyek megkülönböztetik a kefés egyenáramú motort a többi motortípustól. Az 1. ábra szemlélteti a kefés motor általános elvét.
1. ábra: A szálcsiszolt egyenáramú motor működése.
Rögzített kefék látják el elektromos energiával a forgó kommutátort. Ahogy a kommutátor forog, folyamatosan megfordítja az áram irányát a tekercsekbe, megfordítva a tekercs polaritását, hogy a tekercsek jobbra forogjanak. A kommutátor forog, mert ahhoz a rotorhoz van rögzítve, amelyre a tekercsek fel vannak szerelve.
A motorok teljesítménytípusuk (AC vagy DC) és forgásgenerálási módszerük szerint különböznek egymástól (2. ábra). Az alábbiakban röviden áttekintjük az egyes típusok jellemzőit és felhasználását.
Különböző típusú motorok
Az egyszerű kialakítású és könnyű vezérlésű, szálcsiszolt egyenáramú motorokat széles körben használják lemeztálcák nyitására és zárására. Az autókban gyakran használják az elektromosan hajtott oldalablak behúzására, kihúzására és elhelyezésére. Ezeknek a motoroknak az alacsony költsége sokféle felhasználásra alkalmassá teszi őket. Az egyik hátránya azonban az, hogy a kefék és a kommutátorok viszonylag gyorsan elkopnak folyamatos érintkezésük következtében, ami gyakori cserét és időszakos karbantartást igényel.
A léptetőmotort impulzusok hajtják; minden impulzussal meghatározott szögben (lépésben) forog. Mivel a forgást pontosan a kapott impulzusok száma szabályozza, ezeket a motorokat széles körben használják a helyzetbeállítások végrehajtására. Gyakran használják például a papíradagolás vezérlésére faxgépekben és nyomtatókban – mivel ezek az eszközök rögzített lépésekben adagolják a papírt, ami könnyen korrelálható az impulzusszámlálással. A szüneteltetés is könnyen szabályozható, mivel a motor forgása azonnal leáll, ha az impulzusjel megszakad.
Szinkron motoroknál a forgás szinkronban van a tápáram frekvenciájával. Ezeket a motorokat gyakran használják a mikrohullámú sütők forgó tálcáinak meghajtására; A motoregységben lévő reduktorok segítségével a megfelelő forgási sebességet lehet elérni az élelmiszerek melegítéséhez. Az indukciós motoroknál is a fordulatszám a frekvenciával változik; de a mozgás nem szinkron. A múltban ezeket a motorokat gyakran használták elektromos ventilátorokban és mosógépekben.
Különféle motortípusok vannak általánosan használt. Ezen a foglalkozáson a kefe nélküli egyenáramú motorok előnyeit és alkalmazásait tekintjük át.
Miért forognak a BLDC motorok?
Ahogy a nevük is sugallja, a kefe nélküli egyenáramú motorok nem használnak kefét. A kefés motoroknál a kefék a kommutátoron keresztül áramot juttatnak a rotor tekercseibe. Tehát hogyan továbbítja az áramot a kefe nélküli motor a rotor tekercseinek? Nem, mert a tekercsek nincsenek a forgórészen. Ehelyett a forgórész egy állandó mágnes; a tekercsek nem forognak, hanem az állórészen vannak rögzítve. Mivel a tekercsek nem mozognak, nincs szükség kefére és kommutátorra. (Lásd a 3. ábrát.)
A kefés motornál a forgás a forgórészen lévő tekercsek által generált mágneses mezők szabályozásával valósul meg, miközben az álló mágnesek által generált mágneses tér rögzített marad. A forgási sebesség megváltoztatásához módosítani kell a tekercsek feszültségét. A BLDC motornál az állandó mágnes az, ami forog; a forgást a környező álló tekercsek által keltett mágneses mezők irányának megváltoztatásával érik el. A forgás szabályozásához be kell állítani az ezekbe a tekercsekbe jutó áram nagyságát és irányát.
Mivel a rotor egy állandó mágnes, nincs szüksége áramra, így nincs szükség kefére és kommutátorra. A rögzített tekercsek áramának szabályozása kívülről történik.
A BLDC motorok előnyei
Az állórészen három tekercses BLDC motor hat elektromos vezetékkel rendelkezik (tekercsenként kettő) ezekből a tekercsekből. A legtöbb megvalósításban ezek közül a vezetékek közül hármat belülről csatlakoztatnak, a maradék három vezeték pedig a motortestből nyúlik ki (ellentétben a korábban ismertetett kefés motorból kinyúló két vezetékkel). A BLDC motorház huzalozása bonyolultabb, mint a tápcella pozitív és negatív kapcsainak egyszerű csatlakoztatása; a sorozat második részében részletesebben megvizsgáljuk, hogyan működnek ezek a motorok. Az alábbiakban a BLDC motorok előnyeit tekintjük meg.
Nagy előnye a hatékonyság, mivel ezek a motorok folyamatosan, maximális forgóerővel (nyomatékkal) tudnak vezérelni. Ezzel szemben a kefés motorok csak a forgás bizonyos pontjain érik el a maximális nyomatékot. Ahhoz, hogy egy kefés motor ugyanazt a nyomatékot adja le, mint egy kefe nélküli modell, nagyobb mágnesekre van szükség. Ez az oka annak, hogy a kis BLDC motorok is jelentős teljesítményt képesek leadni.
A második nagy előny – az elsőhöz kapcsolódóan – az irányíthatóság. A BLDC motorok visszacsatoló mechanizmusok segítségével vezérelhetők, hogy pontosan a kívánt nyomatékot és fordulatszámot adják le. A precíziós vezérlés viszont csökkenti az energiafogyasztást és a hőtermelést, és – ha a motorok akkumulátorról működnek – meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát.
A BLDC motorok nagy tartósságot és alacsony elektromos zajt is kínálnak a kefék hiányának köszönhetően. A kefés motoroknál a kefék és a kommutátor a folyamatos mozgó érintkezés következtében elkopnak, és az érintkezés helyén szikrát is termelnek. Az elektromos zaj különösen az erős szikrák eredménye, amelyek általában azokon a területeken keletkeznek, ahol a kefék áthaladnak a kommutátor résein. Ez az oka annak, hogy a BLDC motorokat gyakran előnyben részesítik olyan alkalmazásokban, ahol fontos az elektromos zaj elkerülése.
Ideális alkalmazások BLDC motorokhoz
Láttuk, hogy a BLDC motorok nagy hatékonyságot és vezérelhetőséget kínálnak, és hosszú élettartammal rendelkeznek. Szóval mire jók? Hatékonyságuk és hosszú élettartamuk miatt széles körben használatosak olyan eszközökben, amelyek folyamatosan működnek. Régóta használják mosógépekben, légkondicionálókban és egyéb szórakoztató elektronikai cikkekben; újabban pedig a ventilátorokban jelennek meg, ahol nagy hatásfokuk jelentősen hozzájárult az energiafogyasztás jelentős csökkenéséhez.
Vákuumgépek meghajtására is használják őket. Egy esetben a vezérlőprogram megváltoztatása a forgási sebesség nagy ugrását eredményezte – ez egy példa a motorok által kínált kiváló irányíthatóságra.
A BLDC motorokat merevlemez-meghajtók forgatására is használják, ahol tartósságuk miatt a meghajtók hosszú távon megbízhatóan működnek, míg energiahatékonyságuk hozzájárul az energiacsökkentéshez azon a területen, ahol ez egyre fontosabbá válik.
A jövőbeni szélesebb körű felhasználás felé
A jövőben a BLDC motorok szélesebb körű alkalmazására számíthatunk. Például valószínűleg széles körben használják majd szervizrobotok vezetésére – olyan kis robotokra, amelyek a gyártáson kívül más területeken is nyújtanak szolgáltatásokat. Azt gondolhatnánk, hogy a léptetőmotorok megfelelőbbek lennének az ilyen típusú alkalmazásokban, ahol az impulzusok segítségével precízen szabályozható a pozicionálás. De a BLDC motorok jobban alkalmasak az erő szabályozására. Léptetőmotorral pedig egy szerkezet, például egy robotkar helyzetének megtartásához viszonylag nagy és folyamatos áramra lenne szükség. A BLDC motornál csak a külső erővel arányos áramra lenne szükség – ez lehetővé teszi a hatékonyabb vezérlést. A BLDC motorok felválthatják az egyszerű szálcsiszolt egyenáramú motorokat is a golf- és mobilkocsikban. A jobb hatásfok mellett a BLDC motorok precízebb vezérlést is biztosítanak, ami viszont tovább növelheti az akkumulátor élettartamát.
A BLDC motorok ideálisak drónokhoz is. A precíziós vezérlést biztosító képességük miatt különösen alkalmasak többrotoros drónokhoz, ahol a drón helyzetét az egyes rotorok forgási sebességének precíz szabályozása szabályozza.
Ezen az ülésen láthattuk, hogy a BLDC motorok miként kínálnak kiváló hatékonyságot, irányíthatóságot és hosszú élettartamot. De a gondos és megfelelő vezérlés elengedhetetlen ahhoz, hogy teljes mértékben kihasználhassuk e motorokban rejlő lehetőségeket. Következő ülésünkön megvizsgáljuk, hogyan működnek ezek a motorok.
Feladás időpontja: 2023. augusztus 21