Kai inžinieriai susiduria su iššūkiu projektuoti elektros įrangą mechaninėms užduotims atlikti, jie gali pagalvoti, kaip elektros signalai paverčiami energija. Taigi pavaros ir varikliai yra vieni iš įrenginių, kurie elektrinius signalus paverčia judesiu. Varikliai keičia elektros energiją į mechaninę energiją.

Paprasčiausias variklio tipas yra nuolatinės srovės variklis su šepečiu. Šio tipo varikliuose elektros srovė praeina per rites, kurios yra išdėstytos fiksuotame magnetiniame lauke. Srovė sukuria magnetinius laukus ritėse; dėl to ritės mazgas sukasi, nes kiekviena ritė nustumiama nuo panašaus poliaus ir traukiama link nepanašaus fiksuoto lauko poliaus. Norint išlaikyti sukimąsi, būtina nuolat keisti srovę, kad ritės poliškumas nuolat keistųsi, todėl ritės toliau „persekiotų“ nepanašius į fiksuotus polius. Maitinimas ritėms tiekiamas per fiksuotus laidžius šepečius, kurie liečiasi su besisukančiu komutatoriumi; būtent komutatoriaus sukimasis sukelia srovės per ritinius apsisukimą. Komutatorius ir šepečiai yra pagrindiniai komponentai, išskiriantys nuolatinės srovės variklį su šepečiu nuo kitų variklių tipų. 1 paveiksle parodytas bendras šepečiu apdoroto variklio principas.

1 pav.: Šlifuoto nuolatinės srovės variklio veikimas.

Fiksuoti šepečiai tiekia elektros energiją besisukančiam komutatoriui. Kai komutatorius sukasi, jis nuolat nukreipia srovės kryptį į rites, pakeisdamas ritės poliškumą, kad ritės suktųsi dešinėn. Komutatorius sukasi, nes yra pritvirtintas prie rotoriaus, ant kurio sumontuotos ritės.

Kaip rodo jų pavadinimas, nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių nenaudoja šepečių. Naudojant variklius su šepečiais, šepečiai tiekia srovę per komutatorių į rotoriaus rites. Taigi, kaip variklis be šepetėlių perduoda srovę į rotoriaus rites? Taip nėra, nes ritės nėra ant rotoriaus. Vietoj to, rotorius yra nuolatinis magnetas; ritės nesisuka, o yra pritvirtintos prie statoriaus. Kadangi ritės nejuda, nereikia šepečių ir komutatoriaus. (Žr. 3 pav.)

Naudojant šepetį variklį, sukimasis pasiekiamas valdant magnetinius laukus, kuriuos sukuria rotoriaus ritės, o stacionarių magnetų sukuriamas magnetinis laukas išlieka fiksuotas. Norėdami pakeisti sukimosi greitį, pakeiskite ritinių įtampą. Su BLDC varikliu sukasi nuolatinis magnetas; sukimasis pasiekiamas keičiant aplinkinių stacionarių ritių generuojamų magnetinių laukų kryptį. Norėdami valdyti sukimąsi, reguliuokite srovės į šias rites dydį ir kryptį.

Kadangi rotorius yra nuolatinis magnetas, jam nereikia srovės, todėl nereikia naudoti šepečių ir komutatoriaus. Srovė į fiksuotus ritinius valdoma iš išorės.

BLDC variklis su trimis ritėmis ant statoriaus turės šešis elektros laidus (po du kiekvienai ritei), besitęsiančius iš šių ritių. Daugumoje įgyvendinimų trys iš šių laidų bus prijungti viduje, o trys likę laidai tęsiasi nuo variklio korpuso (priešingai nei du laidai, einantys iš šepečiu apdoroto variklio, aprašyto anksčiau). Laidų sujungimas BLDC variklio korpuse yra sudėtingesnis nei tiesiog prijungti maitinimo elemento teigiamus ir neigiamus gnybtus; mes atidžiau pažvelgsime į tai, kaip šie varikliai veikia antroje šios serijos sesijoje. Toliau apžvelgsime BLDC variklių pranašumus.

Vienas didelis privalumas yra efektyvumas, nes šie varikliai gali nuolat valdyti maksimalią sukimosi jėgą (sukimo momentą). Priešingai, šepečiu varomi varikliai pasiekia maksimalų sukimo momentą tik tam tikruose sukimosi taškuose. Kad variklis su šepečiu suteiktų tokį patį sukimo momentą kaip ir modelis be šepetėlių, jam reikės naudoti didesnius magnetus. Štai kodėl net maži BLDC varikliai gali tiekti didelę galią.

Antras didelis privalumas, susijęs su pirmuoju, yra valdomumas. BLDC varikliai gali būti valdomi naudojant grįžtamojo ryšio mechanizmus, kad būtų pasiektas tiksliai pageidaujamas sukimo momentas ir sukimosi greitis. Tikslus valdymas savo ruožtu sumažina energijos sąnaudas ir šilumos gamybą, o tais atvejais, kai varikliai maitinami baterijomis, pailgina akumuliatoriaus veikimo laiką.

BLDC varikliai taip pat pasižymi dideliu patvarumu ir mažu elektros triukšmo generavimu, nes trūksta šepečių. Naudojant variklius su šepečiais, šepečiai ir komutatorius susidėvi dėl nuolatinio judančio kontakto, o kontakto vietoje susidaro kibirkštys. Elektrinis triukšmas ypač kyla dėl stiprių kibirkščių, kurios paprastai atsiranda tose vietose, kur šepečiai pereina per komutatoriaus tarpus. Štai kodėl BLDC varikliai dažnai laikomi geresniais tais atvejais, kai svarbu išvengti elektros triukšmo.

Matėme, kad BLDC varikliai pasižymi dideliu efektyvumu ir valdomumu bei ilgaamžiškumu. Taigi, kam jie naudingi? Dėl savo efektyvumo ir ilgaamžiškumo jie plačiai naudojami įrenginiuose, kurie veikia nuolat. Jie jau seniai naudojami skalbimo mašinose, oro kondicionieriuose ir kitoje plataus vartojimo elektronikoje; o pastaruoju metu jie atsiranda ir ventiliatoriuose, kur didelis jų efektyvumas padėjo žymiai sumažinti energijos suvartojimą.

Jie taip pat naudojami vakuuminėms mašinoms vairuoti. Vienu atveju, pakeitus valdymo programą, sukimosi greitis smarkiai šoktelėjo – tai puikus šių variklių valdomumo pavyzdys.

BLDC varikliai taip pat naudojami kietiesiems diskams sukti, kai dėl jų patvarumo diskai veikia patikimai ilgą laiką, o jų energijos vartojimo efektyvumas prisideda prie energijos mažinimo srityje, kurioje tai tampa vis svarbesni.

Ateityje galime tikėtis, kad BLDC varikliai bus naudojami įvairiose srityse. Pavyzdžiui, jie tikriausiai bus plačiai naudojami aptarnaujantiems robotams vairuoti – mažiems robotams, teikiantiems paslaugas kitose srityse nei gamyba. Galima pamanyti, kad tokio tipo programoms labiau tiktų žingsniniai varikliai, kur būtų galima tiksliai valdyti padėties nustatymą naudojant impulsus. Tačiau BLDC varikliai geriau tinka valdyti jėgą. O naudojant žingsninį variklį, norint išlaikyti tokios konstrukcijos, kaip roboto rankos, padėtį, reikėtų palyginti didelės ir nuolatinės srovės. Naudojant BLDC variklį, tereikia srovės, proporcingos išorinei jėgai, kad būtų galima efektyviau valdyti energiją. BLDC varikliai taip pat gali pakeisti paprastus šlifuotus nuolatinės srovės variklius golfo ir mobilumo vežimėliuose. Be geresnio efektyvumo, BLDC varikliai taip pat gali užtikrinti tikslesnį valdymą, o tai savo ruožtu gali dar labiau pailginti akumuliatoriaus veikimo laiką.

BLDC varikliai taip pat idealiai tinka dronams. Dėl jų gebėjimo užtikrinti tikslų valdymą jie ypač tinka kelių rotorių dronams, kur drono padėtis kontroliuojama tiksliai valdant kiekvieno rotoriaus sukimosi greitį.

Šioje sesijoje matėme, kaip BLDC varikliai pasižymi puikiu efektyvumu, valdomumu ir ilgaamžiškumu. Tačiau norint išnaudoti visas šių variklių galimybes, būtina kruopšti ir tinkama kontrolė. Kitoje sesijoje apžvelgsime, kaip veikia šie varikliai.