1. مفهوم محركات DC بدون فرش
يعد محرك DC بدون فرش (BLDC) ، المعروف أيضًا باسم محرك بدون فرش أو محرك DC متزامن ، نوعًا من المحرك الذي لا يتطلب فرشًا أو ركابًا للتشغيل. الإدخال إلى محرك BLDC هو التيار المباشر (DC) ، ولكن بشكل أساسي يحاكي التيار المتناوب (AC) عن طريق تبديل مفاتيح العاكس الرئيسية. هذا يخلق مجالًا مغناطيسيًا متغيرًا في لفائف الملف ، مما يسمح للدوار المحرك بتجربة عزم الدوران المستمر وبالتالي الدوران المستمر. يمكن تكوين محركات BLDC على أنها مرحلة واحدة أو مرحلتين أو ثلاث مراحل حسب عدد اللفات الثابتة. المحركات الأكثر شيوعًا التي تواجهها BLDC هي محركات ثلاثية الطور. يوضح الرسم البياني أدناه تفكيك محرك DC بدون فرش.
2. تطبيق محركات DC بدون فرش
تشير التقديرات إلى أن حجم السوق لمحركات BLDC سيصل إلى حوالي 19.76 مليار دولار بحلول عام 2022. مع أن تقنية Motor BLDC أصبحت ناضجة بشكل متزايد ، وجدت محركات BLDC تطبيقات واسعة في مختلف المجالات بما في ذلك العسكرية ، والفضاء ، والصناعة ، والسيارات للسيطرة ، والمتطبقات المنزلية. يتم استخدامها بشكل شائع في الأجهزة منخفضة الجهد ، وأجهزة منخفضة الطاقة مثل الروبوتات الصغيرة والطائرات بدون طيار والدراجات الكهربائية والمنظفات الفراغية وأدوات الطاقة.
فيما يلي بعض التطبيقات الشائعة:
مجفف/مجفف الشعر بالفراغ: عندما يتعلق الأمر بمجففات الشعر أو منظفات الفراغ ، فإن العلامة التجارية المعروفة هي دايسون. يتميز مجفف الشعر Dyson ، الذي تم الترويج له كـ 'من التكنولوجيا السوداء من الجيل التالي ، بالمحرك الرقمي الذكي V9 ، وهو أصغر وأخف وزناً من المحركات التقليدية. وبدون استخدام فرش الكربون ، يمكن للمحرك تحقيق سرعة تصل إلى 110،000 ثورة في الدقيقة ، وهي أصغر وأخف وزناً من المحركات الأخرى. المحرك المستخدم في محرك Dyson الرقمي هو محرك DC بدون فرش ، 'في الأساس نوع من محرك BLDC.
الطائرات بدون طيار/gimbals:
مفتاح التحكم في المحرك في الطائرات بدون طيار هو التحكم في السرعة والاتجاه. أكثر الطائرات بدون طيار شعبية هي بلا شك تلك من DJI. يوضح الرسم البياني أدناه تفكيك طائرة Spark بدون طيار ، مع وجود أربعة محركات BLDC في كل زاوية.
وتشمل التطبيقات المماثلة gimbals.
أدوات الطاقة: تشمل أدوات الطاقة المحمولة المشتركة الموجودة في الحياة اليومية مفاتيح Bosch الكهربائية والتدريبات وغيرها. أدى توفير الطاقة والكفاءة العالية لمحركات DC بدون فرش ، إلى جانب الانخفاض المستمر في تكلفة أدوات الطاقة المحمولة ، إلى تطوير سريع في استخدام محركات BLDC في أدوات الطاقة. يقود هذا الاتجاه الأكثر شهرة معروفًا ، مثل Bosch و DeWalt و Milwaukee وغيرهم ، هذا الاتجاه.
3. Brushless DC Construction
الجزء الثابت: يتكون الجزء الثابت من محرك BLDC من صفائح فولاذية مغلفة ، مع وجود لفات في فتحات منحوتة على طول المحور المحيطي الداخلي. يشبه الجزء الثابت محرك التعريفي ولكن مع توزيع متعرج مختلف. تحتوي معظم محركات BLDC على ثلاث لفات الجزء الثابت المتصلة بالنجوم ، تتكون كل منها من ملفات متعددة مترابطة. يتم وضع الملفات في فتحات وترابط لتشكيل اللفات. يتم توزيع هذه اللفات على طول محيط الجزء الثابت لإنشاء أعمدة مغناطيسية متباعدة بالتساوي.
الدوار: تستخدم محركات BLDC المغناطيس الدائم مثل الدوار ، مع عدم وجود لفائف في الداخل. يتم ترتيب الأقطاب المغناطيسية الجنوبية والشمال للدوار بالتناوب. بالإضافة إلى ذلك ، مع تقدم تكنولوجيا المواد المغناطيسية الناعمة والانخفاض في الأسعار ، يتم استخدام مواد الأرض النادرة من النيوديميوم عالية الأداء بشكل متزايد لصنع دوارات مغناطيس دائمة. تتيح منتجات الطاقة المغناطيسية العالية والخصائص المستقرة محركات BLDC من الحصول على خصائص ميكانيكية أفضل والاستجابة الديناميكية ، بالإضافة إلى كفاءة أعلى ونطاق السرعة. فيما يلي رسم بياني تخطيطي للمنشئ المتقاطع المغناطيسي من وثيقة رئيسية على BLDC بواسطة Microchip:
أجهزة استشعار القاعة: الجانب الأكثر أهمية في التحكم في محرك BLDC هو تحديد موضع الدوار. هناك طريقتان لتحديد الموضع: إحداها هي استخدام أجهزة استشعار الموضع لتحديد موضع الدوار ، والمعروفة باسم مستشعرات القاعة ؛ الطريقة الأخرى غير مستشعر ، والتي تتضمن تحديد موضع الدوار عن طريق اكتشاف قوة الظهر الكهربائية. بالنسبة لمحركات BLDC مع أجهزة الاستشعار ، قامت معظم محركات BLDC بتضمين ثلاثة مستشعرات في القاعة في الجزء الثابت. أثناء كل عملية تخفيف ، يتم توصيل أحد اللف إلى القطب الإيجابي لمصدر طاقة التحكم (التيار يدخل اللف) ، يتم توصيل اللف الثاني بالقطب السلبي (يتدفق التيار منه) ، واللف الثالث في حالة منفصلة. يتم توليد عزم الدوران عن طريق التفاعل بين المجال المغناطيسي الناتج عن ملفات الجزء الثابت والمغناطيس الدائم. عندما يمر القطب المغناطيسي الدوار بالقرب من مستشعر القاعة ، سيؤدي المستشعر إلى إخراج إشارة عالية أو منخفضة المستوى ، مما يشير إلى أن القطب المغناطيسي الجنوبي/الشمالي يمر عبر المنطقة المستشعر بواسطة مستشعر القاعة. يمكن أن يكون تحول الطور بين إخراج الإشارات بواسطة أجهزة استشعار القاعة إما 60 درجة أو 120 درجة.
