1. תפיסה של מנועי DC ללא מברשות
מנוע DC ללא מברשות (BLDC), המכונה גם מנוע ללא מברשות או מנוע DC סינכרוני, הוא סוג של מנוע שאינו דורש מברשות או קומוטטורים להפעלה. הקלט למנוע BLDC הוא זרם ישיר (DC), אך בעיקרו הוא מדמה זרם חילופין (AC) על ידי החלפת מחזורית של מתגי המהפך הראשיים. זה יוצר שדה מגנטי משתנה בפיתולי הסליל, ומאפשר לרוטור המנוע לחוות מומנט רציף ובכך סיבוב רציף. ניתן להגדיר את מנועי BLDC כעל שלב חד-פאזי, דו-פאזי או תלת פאזי, תלוי במספר פיתולי הסטטור. מנועי BLDC הנפוצים ביותר הם מנועים תלת פאזיים. התרשים למטה ממחיש את פירוקו של מנוע DC ללא מברשות תלת פאזי.
2. יישום מנועי DC ללא מברשות
ההערכה היא כי גודל השוק של מנועי BLDC יגיע לכ -19.76 מיליארד דולר עד שנת 2022. כאשר טכנולוגיית BLDC מוטורית הופכת לבוגרת יותר ויותר, BLDC Motors מצאו יישומים נרחבים בתחומים שונים כולל מערכות בקרה צבאיות, תעשייתיות, תעשייתיות, רכב, אזרחי, ומכשירים ביתיים. הם משמשים בדרך כלל במכשירים בעלי מתח נמוך, בעלי עוצמה נמוכה כמו רובוטים קטנים, מל'טים, אופניים חשמליים, שואבי ואקום וכלי חשמל.
להלן כמה יישומים פופולריים:
שואב אבק/מייבש שיער: כשמדובר במייבשי שיער או שואבי ואקום, המותג הידוע הוא דייסון. מייבש השיער של דייסון, המקודם כטכנולוגיה שחורה מהדור הבא, 'כולל את המנוע הדיגיטלי החכם V9, שהוא קטן יותר, קל יותר ומהיר יותר מאשר מנועים מסורתיים. ללא שימוש במברשות פחמן, המנוע יכול להשיג מהירות של עד 110,000 מהפכות לדקה, והוא קטן יותר ומצוק ממנועים אחרים. המנוע המשמש במנוע הדיגיטלי של דייסון הוא מנוע DC ללא מברשות חד-פאזי, 'בעיקרו סוג של מנוע BLDC.
מל'טים/גימבלס:
המפתח לבקרה מוטורית במל'טים הוא בקרת מהירות וכיוון. המל'טים הפופולריים ביותר הם ללא ספק אלה מ- DJI. התרשים שלהלן מראה את פירוק המזל'ט של הניצוץ, כאשר ארבעה מנועי BLDC נראים בכל פינה.
יישומים דומים כוללים Gimbals.
כלי חשמל: כלי חשמל כף יד נפוצים שנמצאים בחיי היומיום כוללים ברגים חשמליים של בוש, מקדחות ואחרים. חיסכון באנרגיה והיעילות הגבוהה של מנועי DC ללא מברשות, יחד עם הפחתה מתמדת בעלות כלי הכוח כף היד, הובילו להתפתחות מהירה בשימוש במנועי BLDC בכלי חשמל. היצרנים הבינלאומיים הידועים ביותר, כמו בוש, דוולט, מילווקי ואחרים, מובילים מגמה זו.
3. בניית מנוע DC נטולת DC
סטטור: הסטטור של מנוע BLDC מורכב מגיליונות פלדה למינציה, כאשר פיתולים מונחים בחריצים מגולפים לאורך הציר ההיקפי הפנימי. הסטטור דומה לזה של מנוע אינדוקציה אך עם התפלגות מתפתלת שונה. לרוב מנועי BLDC יש שלושה פיתולי סטטור המחוברים כוכבים, שכל אחד מהם מורכב מסלילים מרובים המחוברים זה לזה. סלילים ממוקמים בחריצים ומחוברים זה בזה ליצירת פיתולים. פיתולים אלה מופצים לאורך היקף הסטטור ליצירת קטבים מגנטיים מרווחים באופן שווה.
רוטור: מנועי BLDC משתמשים במגנטים קבועים כרוטור, ללא סלילים בפנים. הקטבים המגנטיים הדרומיים והצפוניים של הרוטור מסודרים לסירוגין. בנוסף, עם קידום טכנולוגיית חומר מגנטי רך וירידה במחירים, חומרי אדמה נדירים של ניאודימיום בורון בורון נדיר משמשים יותר ויותר לייצור רוטורי מגנט קבועים. מוצר האנרגיה המגנטי הגבוה שלהם ומאפייני יציבות מאפשרים למנועי BLDC להיות בעלי תכונות מכניות טובות יותר ותגובה דינמית, כמו גם יעילות גבוהה יותר וטווח מהירות. להלן תרשים סכמטי של חתך מגנט הרוטור ממסמך עקרוני על BLDC על ידי מיקרו-צ'יפ:
חיישני אולם: ההיבט המכריע ביותר של בקרת מנוע BLDC הוא זיהוי עמדת הרוטור. ישנן שתי שיטות לזיהוי מיקום: האחת היא להשתמש בחיישני מיקום כדי לזהות את מיקום הרוטור, המכונה חיישני הול; השיטה האחרת היא חסרת חיישנים, הכוללת זיהוי מיקום הרוטור על ידי איתור כוח אלקטרומוטיבי אחורי. עבור מנועי BLDC עם חיישנים, מרבית מנועי BLDC מטמיעים שלושה חיישני אולם בסטטור. במהלך כל נסיעה, פיתול אחד מחובר לקוטב החיובי של אספקת הכוח הבקרה (הנוכחי נכנס לפיתול), הפיתול השני מחובר לקוטב השלילי (הזרם זורם ממנו), והתפתל השלישי נמצא במצב מנותק. המומנט נוצר על ידי האינטראקציה בין השדה המגנטי המיוצר על ידי סלילי הסטטור לבין המגנט הקבוע. כאשר הקוטב המגנטי של הרוטור עובר ליד חיישן האולם, החיישן יפיק אות ברמה גבוהה או נמוכה, מה שמצביע על כך שהקוטב המגנטי הדרומי/צפון עובר באזור שחוש חיישן האולם. שינוי הפאזה בין הפלט האותות על ידי חיישני האולם יכול להיות 60 ° או 120 °.
