Wat is een BLDC-motor en de voordelen ervan

1.Concept van borstelloze gelijkstroommotoren

Een borstelloze gelijkstroommotor (BLDC), ook wel borstelloze motor of synchrone gelijkstroommotor genoemd, is een type motor waarvoor geen borstels of commutatoren nodig zijn. De invoer naar een BLDC-motor is gelijkstroom (DC), maar simuleert in wezen wisselstroom (AC) door de hoofdschakelaars van de inverter cyclisch te schakelen. Hierdoor ontstaat er een veranderend magnetisch veld in de spoelwikkelingen, waardoor de motorrotor een continu koppel en dus een continue rotatie ervaart. BLDC-motoren kunnen worden geconfigureerd als eenfasig, tweefasig of driefasig, afhankelijk van het aantal statorwikkelingen. De meest voorkomende BLDC-motoren zijn driefasige motoren. Het onderstaande diagram illustreert de demontage van een driefasige borstelloze gelijkstroommotor.

2. Toepassing van borstelloze gelijkstroommotoren

Er wordt geschat dat de marktomvang van BLDC-motoren in 2022 ongeveer 19,76 miljard dollar zal bedragen. Nu de BLDC-motortechnologie steeds volwassener wordt, hebben BLDC-motoren uitgebreide toepassingen gevonden op verschillende gebieden, waaronder militaire, ruimtevaart-, industriële, automobiel-, civiele besturingssystemen en huishoudelijke apparaten. Ze worden vaak gebruikt in apparaten met een laag voltage en een laag vermogen, zoals kleine robots, drones, elektrische fietsen, stofzuigers en elektrisch gereedschap.

Hieronder vindt u enkele populaire toepassingen:

Stofzuiger/Haardroger: Als het om haardrogers of stofzuigers gaat, is het bekende merk Dyson. De Dyson-haardroger, gepromoot als 'next-generation black technology', is voorzien van de intelligente digitale V9-motor, die kleiner, lichter en sneller is dan traditionele motoren. Zonder het gebruik van koolborstels kan de motor een snelheid bereiken van maximaal 110.000 toeren per minuut, en is hij kleiner en lichter dan andere motoren. De motor die in de digitale motor van Dyson wordt gebruikt, is een 'eenfasige borstelloze gelijkstroommotor', in wezen een type BLDC-motor.

Drones/cardanische ophangingen:

De sleutel tot motorische controle bij drones is snelheids- en richtingscontrole. De populairste drones zijn ongetwijfeld die van DJI. Het onderstaande diagram toont de demontage van de Spark-drone, waarbij op elke hoek vier BLDC-motoren zichtbaar zijn.

Soortgelijke toepassingen zijn onder meer cardanische ophangingen.

Elektrisch gereedschap: Veel voorkomende draagbare elektrische gereedschappen die u in het dagelijks leven tegenkomt, zijn onder meer de elektrische sleutels, boormachines en andere van Bosch. De energiebesparing en het hoge rendement van borstelloze gelijkstroommotoren, gecombineerd met de voortdurende verlaging van de kosten van handgereedschap, hebben geleid tot een snelle ontwikkeling in het gebruik van BLDC-motoren in elektrisch gereedschap. De meest bekende internationale fabrikanten, zoals Bosch, Dewalt, Milwaukee en anderen, lopen voorop in deze trend.

3.Borstelloze DC-motorconstructie

Stator: De stator van een BLDC-motor bestaat uit gelamineerde staalplaten, waarbij de wikkelingen in sleuven zijn geplaatst die langs de interne omtreksas zijn uitgesneden. De stator is vergelijkbaar met die van een inductiemotor, maar met een andere wikkelingsverdeling. De meeste BLDC-motoren hebben drie stervormige statorwikkelingen, elk bestaande uit meerdere onderling verbonden spoelen. Spoelen worden in de sleuven geplaatst en met elkaar verbonden om wikkelingen te vormen. Deze wikkelingen zijn verdeeld over de omtrek van de stator om gelijkmatig verdeelde magnetische polen te creëren.

Rotor: BLDC-motoren gebruiken permanente magneten als rotor, zonder spoelen erin. De magnetische zuid- en noordpool van de rotor zijn afwisselend gerangschikt. Bovendien worden, met de vooruitgang van de technologie voor zacht magnetisch materiaal en de daling van de prijzen, hoogwaardige neodymium-ijzer-borium-zeldzame aardmetalen steeds vaker gebruikt om permanente magneetrotoren te maken. Hun hoge magnetische energieproduct en stabiele eigenschappen zorgen ervoor dat BLDC-motoren betere mechanische eigenschappen en dynamische respons hebben, evenals een hoger rendement en een hoger snelheidsbereik. Hier is een schematisch diagram van de dwarsdoorsnede van de rotormagneet uit een principedocument over BLDC van Microchip:

Hall-sensoren: Het meest cruciale aspect van BLDC-motorbesturing is identificatie van de rotorpositie. Er zijn twee methoden voor positie-identificatie: de eerste is het gebruik van positiesensoren om de positie van de rotor te identificeren, ook wel Hall-sensoren genoemd; de andere methode is sensorloos, waarbij de positie van de rotor wordt geïdentificeerd door de elektromotorische kracht te detecteren. Voor BLDC-motoren met sensoren hebben de meeste BLDC-motoren drie Hall-sensoren in de stator. Tijdens elke commutatie is één wikkeling verbonden met de positieve pool van de besturingsvoeding (stroom komt de wikkeling binnen), de tweede wikkeling is verbonden met de negatieve pool (stroom vloeit eruit) en de derde wikkeling bevindt zich in een losgekoppelde toestand. Het koppel wordt gegenereerd door de interactie tussen het magnetische veld geproduceerd door de statorspoelen en de permanente magneet. Wanneer de magnetische pool van de rotor in de buurt van de Hall-sensor passeert, geeft de sensor een signaal met een hoog of laag niveau af, wat aangeeft dat de magnetische zuid-/noordpool door het gebied gaat dat door de Hall-sensor wordt waargenomen. De faseverschuiving tussen de door de Hall-sensoren afgegeven signalen kan 60° of 120° bedragen.