1. مفهوم محركات التيار المستمر بدون فرش
محرك DC بدون فرش (BLDC)، المعروف أيضًا باسم محرك بدون فرش أو محرك DC متزامن، هو نوع من المحركات التي لا تتطلب فرشًا أو مفاتيح تبديل للتشغيل. إن الدخل إلى محرك BLDC هو التيار المباشر (DC)، ولكنه في الأساس يحاكي التيار المتردد (AC) عن طريق التبديل الدوري لمفاتيح العاكس الرئيسية. وهذا يخلق مجالًا مغناطيسيًا متغيرًا في ملفات الملف، مما يسمح للمحرك الدوار بتجربة عزم دوران مستمر وبالتالي دوران مستمر. يمكن تكوين محركات BLDC على أنها أحادية الطور، أو ثنائية الطور، أو ثلاثية الطور اعتمادًا على عدد ملفات الجزء الثابت. محركات BLDC الأكثر شيوعًا هي المحركات ثلاثية الطور. يوضح الرسم البياني أدناه تفكيك محرك DC ثلاثي الطور بدون فرش.
2. تطبيق محركات التيار المستمر بدون فرش
من المقدر أن يصل حجم سوق محركات BLDC إلى حوالي 19.76 مليار دولار بحلول عام 2022. ومع نضج تكنولوجيا محركات BLDC بشكل متزايد، وجدت محركات BLDC تطبيقات واسعة النطاق في مختلف المجالات بما في ذلك الأنظمة العسكرية والفضاءية والصناعية والسيارات وأنظمة التحكم المدنية والأجهزة المنزلية. يتم استخدامها بشكل شائع في الأجهزة ذات الجهد المنخفض والطاقة المنخفضة مثل الروبوتات الصغيرة والطائرات بدون طيار والدراجات الكهربائية والمكانس الكهربائية والأدوات الكهربائية.
فيما يلي بعض التطبيقات الشائعة:
المكنسة الكهربائية/مجفف الشعر: عندما يتعلق الأمر بمجففات الشعر أو المكانس الكهربائية، فإن العلامة التجارية المعروفة هي دايسون. يتميز مجفف الشعر دايسون، الذي يتم الترويج له على أنه 'الجيل التالي من التكنولوجيا السوداء'، بمحرك رقمي ذكي V9، وهو أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأسرع من المحركات التقليدية. وبدون استخدام فرش الكربون، يمكن للمحرك تحقيق سرعة تصل إلى 110.000 دورة في الدقيقة، وهو أصغر وأخف وزنًا من المحركات الأخرى. المحرك المستخدم في محرك دايسون الرقمي هو 'محرك تيار مستمر بدون فرشاة أحادي الطور'، وهو في الأساس نوع من محركات BLDC.
طائرات بدون طيار / جيمبالس:
مفتاح التحكم في المحركات في الطائرات بدون طيار هو التحكم في السرعة والاتجاه. الطائرات بدون طيار الأكثر شعبية هي بلا شك تلك التي تنتجها شركة DJI. يوضح الرسم البياني أدناه تفكيك طائرة Spark بدون طيار، مع ظهور أربعة محركات BLDC في كل زاوية.
وتشمل التطبيقات المماثلة gimbals.
أدوات الطاقة: تشمل أدوات الطاقة المحمولة الشائعة الموجودة في الحياة اليومية مفاتيح الربط الكهربائية والمثاقب وغيرها من أدوات Bosch. أدى توفير الطاقة والكفاءة العالية لمحركات التيار المستمر بدون فرش، إلى جانب التخفيض المستمر في تكلفة أدوات الطاقة المحمولة، إلى التطور السريع في استخدام محركات BLDC في الأدوات الكهربائية. وتقود هذا الاتجاه أشهر الشركات المصنعة العالمية مثل بوش وديوالت وميلووكي وغيرها.
3. بناء محرك DC بدون فرش
الجزء الثابت: يتكون الجزء الثابت لمحرك BLDC من صفائح فولاذية مغلفة، مع ملفات موضوعة في فتحات منحوتة على طول المحور المحيطي الداخلي. يشبه الجزء الثابت محرك الحث ولكن مع توزيع مختلف للملفات. تحتوي معظم محركات BLDC على ثلاث ملفات ثابتة متصلة بالنجوم، يتكون كل منها من ملفات متعددة مترابطة. يتم وضع الملفات في الفتحات ومترابطة لتشكل اللفات. يتم توزيع هذه اللفات على طول محيط الجزء الثابت لإنشاء أقطاب مغناطيسية متباعدة بشكل متساو.
الدوار: تستخدم محركات BLDC مغناطيسًا دائمًا كدوار، بدون ملفات بالداخل. يتم ترتيب القطبين المغناطيسيين الجنوبي والشمالي للدوار بالتناوب. بالإضافة إلى ذلك، مع تقدم تكنولوجيا المواد المغناطيسية الناعمة وانخفاض الأسعار، يتم استخدام المواد الأرضية النادرة النيوديميوم والحديد والبورون عالية الأداء بشكل متزايد لصنع دوارات المغناطيس الدائم. يتيح منتج الطاقة المغناطيسية العالية وخصائصها المستقرة لمحركات BLDC الحصول على خصائص ميكانيكية أفضل واستجابة ديناميكية، فضلاً عن كفاءة أعلى ونطاق سرعة. فيما يلي رسم تخطيطي للمقطع العرضي لمغناطيس الدوار من مستند أساسي حول BLDC بواسطة Microchip:
مستشعرات القاعة: الجانب الأكثر أهمية للتحكم في محرك BLDC هو تحديد موضع الدوار. هناك طريقتان لتحديد الموضع: الأولى هي استخدام مستشعرات الموضع لتحديد موضع الدوار، والمعروفة باسم مستشعرات هول؛ الطريقة الأخرى هي بدون مستشعر، والتي تتضمن تحديد موضع الدوار عن طريق اكتشاف القوة الدافعة الكهربائية الخلفية. بالنسبة لمحركات BLDC المزودة بأجهزة استشعار، تشتمل معظم محركات BLDC على ثلاثة مستشعرات Hall في الجزء الثابت. خلال كل عملية تبديل، يتم توصيل ملف واحد بالقطب الموجب لمصدر طاقة التحكم (يدخل التيار إلى الملف)، ويتم توصيل الملف الثاني بالقطب السالب (يتدفق التيار منه)، ويكون الملف الثالث في حالة قطع الاتصال. يتم إنشاء عزم الدوران من خلال التفاعل بين المجال المغناطيسي الناتج عن ملفات الجزء الثابت والمغناطيس الدائم. عندما يمر القطب المغناطيسي الدوار بالقرب من مستشعر Hall، سيخرج المستشعر إشارة عالية أو منخفضة المستوى، مما يشير إلى أن القطب المغناطيسي الجنوبي / الشمالي يمر عبر المنطقة التي يستشعرها مستشعر Hall. يمكن أن يكون تحول الطور بين الإشارات الصادرة عن مستشعرات Hall إما 60 درجة أو 120 درجة.
