Co je BLDC motor a jeho výhody

1.Koncepce bezkomutátorových stejnosměrných motorů

Bezkomutátorový stejnosměrný motor (BLDC), také známý jako bezkomutátorový motor nebo synchronní stejnosměrný motor, je typ motoru, který k provozu nevyžaduje kartáče ani komutátory. Vstupem do BLDC motoru je stejnosměrný proud (DC), ale v podstatě simuluje střídavý proud (AC) cyklickým spínáním hlavních spínačů invertoru. To vytváří měnící se magnetické pole ve vinutí cívky, což umožňuje rotoru motoru zaznamenat nepřetržitý krouticí moment a tím plynulé otáčení. BLDC motory lze konfigurovat jako jednofázové, dvoufázové nebo třífázové v závislosti na počtu statorových vinutí. Nejčastěji se vyskytující BLDC motory jsou třífázové motory. Níže uvedené schéma znázorňuje demontáž třífázového bezkomutátorového stejnosměrného motoru.

2. Použití bezkomutátorových stejnosměrných motorů

Odhaduje se, že velikost trhu BLDC motorů dosáhne do roku 2022 přibližně 19,76 miliard USD. S technologií BLDC motorů, která je stále vyspělejší, našly BLDC motory rozsáhlé aplikace v různých oblastech včetně armády, letectví, průmyslu, automobilového průmyslu, civilních řídicích systémů a domácích spotřebičů. Běžně se používají v nízkonapěťových zařízeních s nízkou spotřebou, jako jsou malé roboty, drony, elektrická kola, vysavače a elektrické nářadí.

Níže jsou uvedeny některé oblíbené aplikace:

Vysavač/vysoušeč vlasů: Pokud jde o fény nebo vysavače, známá je značka Dyson. Vysoušeč vlasů Dyson, propagovaný jako 'černá technologie nové generace', je vybaven inteligentním digitálním motorem V9, který je menší, lehčí a rychlejší než tradiční motory. Bez použití uhlíkových kartáčů dokáže motor dosáhnout rychlosti až 110 000 otáček za minutu a je menší a lehčí než jiné motory. Motor použitý v digitálním motoru Dyson je 'jednofázový bezkomutátorový stejnosměrný motor', v podstatě typ BLDC motoru.

Drony/gimbaly:

Klíčem k ovládání motoru v dronech je ovládání rychlosti a směru. Mezi nejoblíbenější drony patří bezesporu ty od DJI. Níže uvedený diagram ukazuje rozebrání dronu Spark se čtyřmi BLDC motory viditelnými v každém rohu.

Mezi podobné aplikace patří gimbals.

Elektrické nářadí: Mezi běžné ruční elektrické nářadí používané v každodenním životě patří elektrické klíče Bosch, vrtačky a další. Úspora energie a vysoká účinnost bezkomutátorových stejnosměrných motorů spolu s neustálým snižováním nákladů na ruční elektrické nářadí vedly k rychlému rozvoji používání BLDC motorů v elektrickém nářadí. Tento trend vedou nejznámější mezinárodní výrobci jako Bosch, Dewalt, Milwaukee a další.

3.Brushless DC Motor Konstrukce

Stator: Stator BLDC motoru je složen z laminovaných ocelových plechů s vinutími umístěnými ve štěrbinách vyřezaných podél vnitřní obvodové osy. Stator je podobný jako u indukčního motoru, ale s jiným rozložením vinutí. Většina motorů BLDC má tři vinutí statoru zapojené do hvězdy, z nichž každé se skládá z více propojených cívek. Cívky jsou umístěny ve štěrbinách a vzájemně propojeny, aby vytvořily vinutí. Tato vinutí jsou rozmístěna po obvodu statoru, aby vytvořila rovnoměrně rozmístěné magnetické póly.

Rotor: Motory BLDC používají jako rotor permanentní magnety, uvnitř nejsou žádné cívky. Jižní a severní magnetický pól rotoru jsou střídavě uspořádány. Navíc s pokrokem technologie měkkých magnetických materiálů a poklesem cen se vysoce výkonné neodymové železo-borové materiály vzácných zemin stále více používají k výrobě rotorů s permanentními magnety. Jejich produkt s vysokou magnetickou energií a stabilní charakteristiky umožňují BLDC motorům mít lepší mechanické vlastnosti a dynamickou odezvu, stejně jako vyšší účinnost a rozsah otáček. Zde je schematický diagram průřezu magnetu rotoru ze základního dokumentu o BLDC od Microchip:

Hallovy senzory: Nejdůležitějším aspektem řízení BLDC motoru je identifikace polohy rotoru. Existují dva způsoby identifikace polohy: jedním je použití snímačů polohy k identifikaci polohy rotoru, známé jako Hallovy snímače; druhá metoda je bezsenzorová, která zahrnuje identifikaci polohy rotoru detekcí zpětné elektromotorické síly. U BLDC motorů se senzory většina BLDC motorů zabudovává do statoru tři Hallovy senzory. Při každé komutaci je jedno vinutí připojeno ke kladnému pólu řídicího zdroje (do vinutí vstupuje proud), druhé vinutí je připojeno k zápornému pólu (teče z něj proud) a třetí vinutí je v rozpojeném stavu. Točivý moment je generován interakcí mezi magnetickým polem vytvářeným cívkami statoru a permanentním magnetem. Když magnetický pól rotoru projde blízko Hallova senzoru, senzor vydá signál vysoké nebo nízké úrovně, což znamená, že jižní/severní magnetický pól prochází oblastí snímanou Hallovým senzorem. Fázový posun mezi signály vydávanými Hallovými senzory může být buď 60° nebo 120°.