Кога инженерите се соочуваат со предизвикот да дизајнираат електрична опрема за извршување на механички задачи, тие би можеле да размислуваат за тоа како електричните сигнали се претвораат во енергија. Така, актуаторите и моторите се меѓу уредите што ги претвораат електричните сигнали во движење. Моторите ја разменуваат електричната енергија во механичка енергија.

Наједноставниот тип на мотор е четканиот DC мотор. Кај овој тип на мотор, електричната струја се пренесува низ намотки кои се наредени во фиксно магнетно поле. Струјата генерира магнетни полиња во намотките; ова предизвикува склопот на серпентина да се ротира, бидејќи секоја намотка се турка подалеку од сличниот столб и се влече кон различниот пол на фиксното поле. За да се одржи ротацијата, неопходно е постојано да се менува струјата - така што поларитетите на серпентина постојано ќе се превртуваат, предизвикувајќи намотките да продолжат да ги „бркаат“ за разлика од фиксните столбови. Напојувањето на намотките се снабдува преку фиксирани проводни четки кои остваруваат контакт со ротирачки комутатор; токму ротацијата на комутаторот предизвикува обратна струја на струјата низ намотките. Комутаторот и четките се клучните компоненти што го разликуваат четканиот DC мотор од другите типови мотори. Слика 1 го илустрира општиот принцип на четканиот мотор.

Слика 1: Работа на четканиот DC мотор.

Фиксираните четки обезбедуваат електрична енергија на ротирачкиот комутатор. Како што се ротира комутаторот, тој постојано ја превртува насоката на струјата во намотките, менувајќи ги поларитетите на серпентина, така што намотките одржуваат ротација надесно. Комутаторот се ротира бидејќи е прикачен на роторот на кој се монтирани намотките.

Како што имплицира нивното име, DC моторите без четкички не користат четки. Со брусени мотори, четките доставуваат струја низ комутаторот во намотките на роторот. Па, како моторот без четки поминува струја до намотките на роторот? Не е така - бидејќи намотките не се наоѓаат на роторот. Наместо тоа, роторот е постојан магнет; намотките не се ротираат, туку се фиксираат на место на статорот. Бидејќи намотките не се движат, нема потреба од четки и комутатор. (Види Слика 3.)

Со брусениот мотор, ротацијата се постигнува со контролирање на магнетните полиња генерирани од намотките на роторот, додека магнетното поле генерирано од неподвижните магнети останува фиксирано. За да ја промените брзината на ротација, го менувате напонот за намотките. Со BLDC мотор, постојаниот магнет е тој што ротира; ротацијата се постигнува со промена на правецот на магнетните полиња генерирани од околните стационарни намотки. За да ја контролирате ротацијата, ја прилагодувате големината и насоката на струјата во овие намотки.

Бидејќи роторот е постојан магнет, не му треба струја, со што се елиминира потребата од четки и комутатор. Струјата кон фиксните намотки се контролира однадвор.

BLDC мотор со три намотки на статорот ќе има шест електрични жици (по две на секоја калем) кои се протегаат од овие намотки. Во повеќето имплементации, три од овие жици ќе бидат поврзани внатрешно, а трите преостанати жици се протегаат од телото на моторот (за разлика од двете жици што се протегаат од четканиот мотор опишан претходно). Инсталирањето во куќиштето на моторот BLDC е покомплицирано отколку едноставно поврзување на позитивните и негативните приклучоци на енергетската ќелија; ќе разгледаме подетално како работат овие мотори во втората сесија од оваа серија. Подолу, заклучуваме со разгледување на предностите на BLDC моторите.

Една голема предност е ефикасноста, бидејќи овие мотори можат постојано да контролираат со максимална ротациона сила (вртежен момент). Спротивно на тоа, брусените мотори достигнуваат максимален вртежен момент само во одредени точки во ротацијата. За четканиот мотор да го испорача истиот вртежен момент како моделот без четкички, ќе треба да користи поголеми магнети. Ова е причината зошто дури и малите BLDC мотори можат да дадат значителна моќност.

Втората голема предност - поврзана со првата - е контролирањето. Моторите BLDC може да се контролираат, користејќи механизми за повратни информации, за да го испорачаат точно саканиот вртежен момент и брзината на ротација. Прецизната контрола за возврат ја намалува потрошувачката на енергија и производството на топлина и - во случаи кога моторите се напојуваат со батерии - го продолжува животниот век на батеријата.

Моторите BLDC исто така нудат висока издржливост и ниско производство на електричен шум, благодарение на недостатокот на четки. Кај четканите мотори, четките и комутаторот се трошат како резултат на континуиран контакт со движење, а исто така произведуваат искри каде што се создава контакт. Електричниот шум, особено, е резултат на силните искри што имаат тенденција да се појават на местата каде што четките минуваат преку празнините во комутаторот. Ова е причината зошто моторите BLDC често се сметаат за пожелни во апликации каде што е важно да се избегне електричен шум.

Видовме дека моторите BLDC нудат висока ефикасност и контролирање и дека имаат долг работен век. Па за што се добри? Поради нивната ефикасност и долговечност, тие се широко користени во уреди кои работат постојано. Тие долго време се користат во машини за перење, климатизери и друга потрошувачка електроника; а во поново време се појавуваат кај вентилаторите, каде што нивната висока ефикасност придонесе за значително намалување на потрошувачката на енергија.

Тие исто така се користат за возење вакуумски машини. Во еден случај, промената во контролната програма резултираше со голем скок во ротационата брзина - пример за суперлативната способност за контрола што ја нудат овие мотори.

Моторите BLDC исто така се користат за вртење на хард дискови, каде што нивната издржливост ги одржува сигурносно функционирање на погоните на долг рок, додека нивната енергетска ефикасност придонесува за намалување на енергијата во област каде што ова станува сè поважно.

Можеме да очекуваме да видиме BLDC мотори кои се користат во поширок опсег на апликации во иднина. На пример, тие веројатно ќе бидат широко користени за возење на сервисни роботи - мали роботи кои обезбедуваат услуги во други области освен во производството. Некој би можел да помисли дека чекорните мотори би биле посоодветни во овој тип на примена, каде што импулсите би можеле да се користат за прецизно контролирање на позиционирањето. Но, моторите BLDC се подобро прилагодени за контролирање на силата. И со степер мотор, за задржување на позицијата на структура како што е роботска рака би била потребна релативно голема и континуирана струја. Со BLDC мотор, сè што би било потребно е струја пропорционална на надворешната сила - што овозможува поефикасна контрола на моќта. Моторите BLDC, исто така, може да ги заменат едноставните четкани еднонасочни мотори во колички за голф и колички за мобилност. Покрај нивната подобра ефикасност, BLDC-моторите можат да даваат и попрецизна контрола - што пак може дополнително да го продолжи животниот век на батеријата.

BLDC моторите се идеални и за дронови. Нивната способност да обезбедуваат прецизна контрола ги прави особено прилагодени за беспилотни летала со повеќе ротори, каде што ставот на дронот се контролира со прецизно контролирање на брзината на ротација на секој ротор.

Во оваа сесија, видовме како моторите BLDC нудат одлична ефикасност, контролирање и долговечност. Но, внимателна и правилна контрола е од суштинско значење за целосно искористување на потенцијалот на овие мотори. Во нашата следна сесија, ќе погледнеме како работат овие мотори.