Cos'è il motore BLDC e i suoi vantaggi

1. Concetto di motori DC senza spazzole

Un motore CC senza spazzole (BLDC), noto anche come motore senza spazzole o un motore CC sincrono, è un tipo di motore che non richiede pennelli o commutatori per il funzionamento. L'ingresso a un motore BLDC è corrente continua (DC), ma essenzialmente simula la corrente alternata (AC) cambiando ciclicamente gli switch di inverter principali. Ciò crea un campo magnetico in evoluzione negli avvolgimenti della bobina, consentendo al rotore del motore di sperimentare una coppia continua e quindi una rotazione continua. I motori BLDC possono essere configurati come monofase, bifase o trifase a seconda del numero di avvolgimenti dello statore. I motori BLDC più comunemente incontrati sono motori trifase. Il diagramma seguente illustra lo smontaggio di un motore CC senza spazzole trifase.

2. Applicazione di motori DC senza spazzole

Si stima che le dimensioni del mercato dei motori BLDC raggiungano circa 19,76 miliardi di dollari entro il 2022. Con la tecnologia motoria BLDC che diventa sempre più matura, i motori BLDC hanno trovato ampie applicazioni in vari settori tra cui sistemi militari, aerospaziali, industriali, automobilistici, di controllo civile e per gli elettrodomestici. Sono comunemente usati in dispositivi a bassa tensione e a bassa potenza come piccoli robot, droni, biciclette elettriche, aspirapolvere e utensili elettrici.

Di seguito sono riportate alcune applicazioni popolari:

Aspirapolvere/asciugacapelli: quando si tratta di asciugacapelli o aspirapolvere, il marchio noto è Dyson. L'asciugatrice Dyson, promossa come 'tecnologia nera di prossima generazione, ' presenta il motore digitale intelligente V9, che è più piccolo, più leggero e più veloce dei motori tradizionali. Senza l'uso di spazzole in carbonio, il motore può ottenere una velocità fino a 110.000 giri al minuto e è più piccolo e più chiaro rispetto ad altri motori. Il motore utilizzato nel motore digitale di Dyson è un motore DC senza spazzole a fase monofase, 'essenzialmente un tipo di motore BLDC.

Droni/Gimbals:

La chiave per il controllo del motore nei droni è il controllo della velocità e della direzione. I droni più popolari sono senza dubbio quelli di DJI. Il diagramma seguente mostra lo smontaggio del drone scintilla, con quattro motori BLDC visibili in ogni angolo.

Applicazioni simili includono gimbal.

Strumenti elettrici: gli strumenti di alimentazione portatili comuni trovati nella vita quotidiana includono chiavi elettriche di Bosch, esercitazioni e altri. La risparmio energetico e l'elevata efficienza dei motori DC senza spazzole, uniti alla continua riduzione del costo degli utensili elettrici portatili, hanno portato a un rapido sviluppo nell'uso dei motori BLDC negli utensili elettrici. I produttori internazionali più noti, come Bosch, Dewalt, Milwaukee e altri, stanno guidando questa tendenza.

3. Costruzione del motore DC senza spensietti

Statore: lo statore di un motore BLDC è composto da fogli di acciaio laminati, con avvolgimenti posizionati in slot scolpiti lungo l'asse circonferenziale interno. Lo statore è simile a quello di un motore a induzione ma con una diversa distribuzione dell'avvolgimento. La maggior parte dei motori BLDC ha tre avvolgimenti di statore collegati a stelle, ciascuno composto da più bobine interconnesse. Le bobine sono posizionate negli slot e interconnesse per formare avvolgimenti. Questi avvolgimenti sono distribuiti lungo la circonferenza dello statore per creare poli magnetici uniformemente distanziati.

Rotore: i motori BLDC usano magneti permanenti come rotore, senza bobine all'interno. I poli magnetici a sud e nord del rotore sono alternativamente disposti. Inoltre, con l'avanzamento della tecnologia di materiale magnetico morbido e la diminuzione dei prezzi, i materiali di terreno rare in ferro neodimio ad alte prestazioni sono sempre più utilizzati per produrre rotori a magneti permanenti. Il loro prodotto energetico magnetico elevato e le caratteristiche stabili consentono ai motori BLDC di avere proprietà meccaniche migliori e risposta dinamica, nonché una maggiore efficienza e intervallo di velocità. Ecco un diagramma schematico della sezione del magnete del rotore da un documento di principio su BLDC di Microchip:

Sensori di Hall: l'aspetto più cruciale del controllo del motore BLDC è l'identificazione della posizione del rotore. Esistono due metodi per l'identificazione della posizione: uno è utilizzare i sensori di posizione per identificare la posizione del rotore, nota come sensori della sala; L'altro metodo è senza sensori, che prevede l'identificazione della posizione del rotore rilevando la forza elettromotrice posteriore. Per i motori BLDC con sensori, la maggior parte dei motori BLDC incorpora tre sensori di sala nello statore. Durante ogni commutazione, un avvolgimento è collegato al polo positivo dell'alimentazione di controllo (la corrente entra nell'avvolgimento), il secondo avvolgimento è collegato al polo negativo (la corrente fluisce da esso) e il terzo avvolgimento è in uno stato disconnesso. La coppia è generata dall'interazione tra il campo magnetico prodotto dalle bobine dello statore e dal magnete permanente. Quando il polo magnetico del rotore passa vicino al sensore della sala, il sensore uscirà un segnale di livello alto o basso, indicando che il polo magnetico sud/nord sta passando attraverso la regione rilevata dal sensore della sala. Lo spostamento di fase tra i segnali usciti dai sensori della sala può essere di 60 ° o 120 °.