Mi az a BLDC motor és előnyei?

1. A kefe nélküli egyenáramú motorok fogalma

A kefe nélküli egyenáramú motor (BLDC), más néven kefe nélküli motor vagy szinkron egyenáramú motor, olyan motortípus, amelynek működéséhez nincs szükség kefére vagy kommutátorra. A BLDC motor bemenete egyenáram (DC), de lényegében váltakozó áramot (AC) szimulál az inverter főkapcsolóinak ciklikus kapcsolásával. Ez változó mágneses mezőt hoz létre a tekercs tekercseiben, lehetővé téve, hogy a motor forgórésze folyamatos nyomatékot és ezáltal folyamatos forgást tapasztaljon. A BLDC motorok az állórész tekercseinek számától függően egyfázisúként, kétfázisúként vagy háromfázisúként konfigurálhatók. A leggyakrabban előforduló BLDC motorok a háromfázisú motorok. Az alábbi ábra egy háromfázisú kefe nélküli egyenáramú motor szétszerelését szemlélteti.

2. Kefe nélküli egyenáramú motorok alkalmazása

A becslések szerint a BLDC motorok piaci mérete 2022-re megközelítőleg eléri a 19,76 milliárd dollárt. A BLDC motortechnológia egyre érettebbé válásával a BLDC motorok széleskörű alkalmazásra találtak különböző területeken, beleértve a katonai, repülési, ipari, autóipari, polgári vezérlőrendszereket és háztartási készülékeket. Általában alacsony feszültségű, kis teljesítményű eszközökben használják, például kis robotokban, drónokban, elektromos kerékpárokban, porszívókban és elektromos szerszámokban.

Íme néhány népszerű alkalmazás:

Porszívó/hajszárító: Ha hajszárítóról vagy porszívóról van szó, a jól ismert márka a Dyson. A 'következő generációs fekete technológiának' népszerűsített Dyson hajszárító V9 intelligens digitális motorral rendelkezik, amely kisebb, könnyebb és gyorsabb, mint a hagyományos motorok. Szénkefék használata nélkül a motor akár 110 000 fordulat/perc sebességet is elérhet, és kisebb és könnyebb, mint a többi motor. A Dyson digitális motorjában használt motor egy 'egyfázisú kefe nélküli egyenáramú motor', lényegében a BLDC motorok egyik típusa.

Drónok/Gimbalok:

A drónok motorvezérlésének kulcsa a sebesség és az irány szabályozása. A legnépszerűbb drónok kétségtelenül a DJI-től származnak. Az alábbi diagram a Spark drón szétszerelését mutatja, minden sarkon négy BLDC motor látható.

Hasonló alkalmazások közé tartoznak a gimbalok.

Elektromos szerszámok: A mindennapi életben elterjedt kézi elektromos kéziszerszámok közé tartoznak a Bosch elektromos kulcsai, fúrói és mások. A kefe nélküli egyenáramú motorok energiatakarékossága és nagy hatékonysága, valamint a kézi elektromos kéziszerszámok költségének folyamatos csökkentése a BLDC motorok elektromos kéziszerszámokban való alkalmazásának gyors fejlődéséhez vezetett. A legismertebb nemzetközi gyártók, mint például a Bosch, a Dewalt, a Milwaukee és mások vezetik ezt a trendet.

3. Kefe nélküli egyenáramú motor felépítése

Állórész: A BLDC motor állórésze laminált acéllemezekből áll, tekercselve a belső kerületi tengely mentén faragott résekben. Az állórész hasonló az indukciós motoréhoz, de más a tekercseloszlása. A legtöbb BLDC motor három, csillaggal összekapcsolt állórész-tekerccsel rendelkezik, amelyek mindegyike több összekapcsolt tekercsből áll. A tekercseket a résekbe helyezik, és összekapcsolják, hogy tekercseket képezzenek. Ezek a tekercsek az állórész kerülete mentén vannak elosztva, hogy egyenletesen elhelyezkedő mágneses pólusokat hozzanak létre.

Rotor: A BLDC motorok állandó mágneseket használnak forgórészként, tekercsek nélkül. A rotor déli és északi mágneses pólusai felváltva vannak elrendezve. Ezenkívül a lágymágneses anyagok technológiájának fejlődésével és az árak csökkenésével a nagy teljesítményű neodímium vas-bór ritkaföldfém anyagokat egyre gyakrabban használják állandó mágneses rotorok készítésére. Magas mágneses energiatermékük és stabil jellemzőik lehetővé teszik a BLDC motorok jobb mechanikai tulajdonságait és dinamikus reakcióját, valamint nagyobb hatásfok- és fordulatszám-tartományt. Íme a forgórész mágnes keresztmetszetének sematikus diagramja a BLDC by Microchip egyik alapvető dokumentumából:

Hall érzékelők: A BLDC motorvezérlés legfontosabb szempontja a rotor helyzetének azonosítása. A pozíció azonosítására két módszer létezik: az egyik, hogy helyzetérzékelőket használnak a forgórész helyzetének azonosítására, ezeket Hall-érzékelőknek nevezik; a másik módszer az érzékelő nélküli, ami a forgórész helyzetének azonosítását foglalja magában a visszafelé ható elektromotoros erő érzékelésével. Érzékelős BLDC motorok esetén a legtöbb BLDC motor három Hall-érzékelőt ágyaz be az állórészbe. Minden kommutáció során az egyik tekercs a vezérlő táp pozitív pólusára van kötve (áram lép a tekercsbe), a második tekercs a negatív pólusra (az áram folyik ki belőle), a harmadik tekercs pedig lekapcsolt állapotban van. A nyomatékot az állórész tekercsei által keltett mágneses tér és az állandó mágnes kölcsönhatása hozza létre. Amikor a rotor mágneses pólusa elhalad a Hall-érzékelő közelében, az érzékelő magas vagy alacsony szintű jelet ad ki, jelezve, hogy a déli/északi mágneses pólus áthalad a Hall-érzékelő által érzékelt területen. A Hall-érzékelők által kibocsátott jelek közötti fáziseltolás 60° vagy 120° lehet.