Hva er BLDC-motor og dens fordeler

1. Konsept av børsteløse likestrømsmotorer

En børsteløs DC-motor (BLDC), også kjent som en børsteløs motor eller en synkron DC-motor, er en type motor som ikke krever børster eller kommutatorer for drift. Inngangen til en BLDC-motor er likestrøm (DC), men i hovedsak simulerer den vekselstrøm (AC) ved syklisk å bytte omformerens hovedbrytere. Dette skaper et skiftende magnetfelt i spoleviklingene, slik at motorrotoren opplever kontinuerlig dreiemoment og dermed kontinuerlig rotasjon. BLDC-motorer kan konfigureres som en-fase, to-fase eller tre-fase avhengig av antall statorviklinger. De vanligste BLDC-motorene er trefasemotorer. Diagrammet nedenfor illustrerer demontering av en trefaset børsteløs DC-motor.

2. Anvendelse av børsteløse likestrømsmotorer

Det er anslått at markedsstørrelsen på BLDC-motorer vil nå omtrent 19,76 milliarder dollar innen 2022. Med BLDC-motorteknologien som blir stadig mer moden, har BLDC-motorer funnet omfattende bruksområder innen ulike felt, inkludert militær, romfart, industri, bilindustri, sivile kontrollsystemer og husholdningsapparater. De brukes ofte i lavspente enheter med lav effekt som små roboter, droner, elektriske sykler, støvsugere og elektroverktøy.

Nedenfor er noen populære applikasjoner:

Støvsuger/hårføner: Når det kommer til hårfønere eller støvsugere, er det kjente merket Dyson. Dyson hårføner, promotert som «neste generasjons svart teknologi», har den intelligente V9-motoren, som er mindre, lettere og raskere enn tradisjonelle motorer. Uten bruk av kullbørster kan motoren oppnå en hastighet på opptil 110 000 omdreininger per minutt, og den er mindre og lettere enn andre motorer. Motoren som brukes i Dysons digitale motor er en «enfaset børsteløs likestrømsmotor», i hovedsak en type BLDC-motor.

Droner/gimbals:

Nøkkelen til motorkontroll i droner er hastighets- og retningskontroll. De mest populære dronene er utvilsomt de fra DJI. Diagrammet nedenfor viser demonteringen av Spark-dronen, med fire BLDC-motorer synlige i hvert hjørne.

Lignende applikasjoner inkluderer gimbals.

Elektroverktøy: Vanlige håndholdte elektroverktøy som finnes i dagliglivet inkluderer Boschs elektriske skiftenøkler, bor og andre. Den energibesparende og høye effektiviteten til børsteløse DC-motorer, kombinert med den kontinuerlige reduksjonen i kostnadene for håndholdte elektroverktøy, har ført til rask utvikling i bruken av BLDC-motorer i elektroverktøy. De mest kjente internasjonale produsentene, som Bosch, Dewalt, Milwaukee og andre, leder denne trenden.

3.Brushless DC Motor Construction

Stator: Statoren til en BLDC-motor er sammensatt av laminerte stålplater, med viklinger plassert i spor skåret langs den indre omkretsaksen. Statoren ligner på en induksjonsmotor, men med en annen viklingsfordeling. De fleste BLDC-motorer har tre stjernekoblede statorviklinger, hver bestående av flere spoler sammenkoblet. Spoler er plassert i sporene og sammenkoblet for å danne viklinger. Disse viklingene er fordelt langs omkretsen av statoren for å skape jevnt fordelte magnetiske poler.

Rotor: BLDC-motorer bruker permanente magneter som rotoren, uten spoler inni. De magnetiske sør- og nordpolene til rotoren er vekselvis arrangert. I tillegg, med utviklingen av myk magnetisk materialteknologi og prisnedgangen, brukes høyytelses neodymjernbor sjeldne jordmaterialer i økende grad til å lage permanentmagnetrotorer. Deres høymagnetiske energiprodukt og stabile egenskaper gjør at BLDC-motorer har bedre mekaniske egenskaper og dynamisk respons, samt høyere effektivitet og hastighetsområde. Her er et skjematisk diagram av rotormagnetens tverrsnitt fra et prinsippdokument om BLDC av Microchip:

Hallsensorer: Det mest avgjørende aspektet ved BLDC-motorkontroll er rotorposisjonsidentifikasjon. Det er to metoder for posisjonsidentifikasjon: den ene er å bruke posisjonssensorer for å identifisere rotorens posisjon, kjent som Hall-sensorer; den andre metoden er sensorløs, som innebærer å identifisere rotorens posisjon ved å oppdage tilbake elektromotorisk kraft. For BLDC-motorer med sensorer, innebygger de fleste BLDC-motorer tre Hall-sensorer i statoren. Under hver kommutering er en vikling koblet til den positive polen til kontrollstrømforsyningen (strømmen kommer inn i viklingen), den andre viklingen er koblet til den negative polen (strømmen flyter ut av den), og den tredje viklingen er i frakoblet tilstand. Dreiemomentet genereres av samspillet mellom magnetfeltet som produseres av statorspolene og permanentmagneten. Når rotorens magnetiske pol passerer nær Hall-sensoren, vil sensoren sende ut et høyt eller lavt nivåsignal, noe som indikerer at den sør-/nordmagnetiske polen passerer gjennom området som registreres av Hall-sensoren. Faseforskyvningen mellom signalene som sendes ut av Hall-sensorene kan være enten 60° eller 120°.