Kaj je motor BLDC in njegove prednosti

1. Koncept brezkrtačnih enosmernih motorjev

Brezkrtačni enosmerni motor (BLDC), znan tudi kot brezkrtačni motor ali sinhronski enosmerni motor, je vrsta motorja, ki za delovanje ne potrebuje ščetk ali komutatorjev. Vhod v motor BLDC je enosmerni tok (DC), vendar v bistvu simulira izmenični tok (AC) s cikličnim preklapljanjem glavnih stikal pretvornika. To ustvarja spreminjajoče se magnetno polje v navitjih tuljave, kar omogoča rotorju motorja neprekinjen navor in s tem neprekinjeno vrtenje. Motorji BLDC so lahko konfigurirani kot enofazni, dvofazni ali trifazni, odvisno od števila statorskih navitij. Najpogosteje uporabljeni motorji BLDC so trifazni motorji. Spodnji diagram prikazuje demontažo trifaznega brezkrtačnega enosmernega motorja.

2. Uporaba brezkrtačnih enosmernih motorjev

Ocenjuje se, da bo velikost trga motorjev BLDC do leta 2022 dosegla približno 19,76 milijarde USD. Ker tehnologija motorjev BLDC postaja vse bolj zrela, so motorji BLDC našli široko uporabo na različnih področjih, vključno z vojaškimi, vesoljskimi, industrijskimi, avtomobilskimi, civilnimi nadzornimi sistemi in gospodinjskimi aparati. Običajno se uporabljajo v nizkonapetostnih napravah z nizko porabo energije, kot so majhni roboti, droni, električna kolesa, sesalniki in električna orodja.

Spodaj je nekaj priljubljenih aplikacij:

Sesalnik/sušilnik za lase: Ko gre za sušilnike za lase ali sesalnike, je dobro znana blagovna znamka Dyson. Sušilnik za lase Dyson, promoviran kot 'črna tehnologija naslednje generacije', ima inteligentni digitalni motor V9, ki je manjši, lažji in hitrejši od tradicionalnih motorjev. Brez uporabe ogljikovih ščetk lahko motor doseže hitrost do 110.000 vrtljajev na minuto in je manjši in lažji od drugih motorjev. Motor, uporabljen v Dysonovem digitalnem motorju, je 'enofazni brezkrtačni enosmerni motor', v bistvu vrsta motorja BLDC.

Droni/Gimbals:

Ključ do nadzora motorja pri dronih je nadzor hitrosti in smeri. Najbolj priljubljeni droni so nedvomno tisti iz DJI. Spodnji diagram prikazuje razstavljanje drona Spark s štirimi motorji BLDC, vidnimi na vsakem vogalu.

Podobne aplikacije vključujejo gimbal.

Električna orodja: Običajna ročna električna orodja, ki jih najdemo v vsakdanjem življenju, vključujejo Boscheve električne ključe, vrtalne stroje in druga. Varčevanje z energijo in visoka učinkovitost brezkrtačnih enosmernih motorjev, skupaj z nenehnim zniževanjem stroškov ročnih električnih orodij, so privedli do hitrega razvoja uporabe BLDC motorjev v električnih orodjih. Najbolj znani mednarodni proizvajalci, kot so Bosch, Dewalt, Milwaukee in drugi, prednjačijo ta trend.

3. Konstrukcija brezkrtačnega enosmernega motorja

Stator: Stator motorja BLDC je sestavljen iz laminiranih jeklenih plošč z navitji, nameščenimi v reže, izrezljane vzdolž notranje obodne osi. Stator je podoben kot pri indukcijskem motorju, vendar z drugačno porazdelitvijo navitja. Večina motorjev BLDC ima tri navitja statorja, povezana v zvezdo, od katerih je vsako sestavljeno iz več med seboj povezanih tuljav. Tuljave so nameščene v reže in med seboj povezane v navitja. Ta navitja so razporejena po obodu statorja, da ustvarijo enakomerno razporejene magnetne pole.

Rotor: Motorji BLDC uporabljajo trajne magnete kot rotor, brez tuljav v notranjosti. Južni in severni magnetni pol rotorja sta razporejena izmenično. Poleg tega se z napredkom tehnologije mehkih magnetnih materialov in nižanjem cen za izdelavo rotorjev s trajnimi magneti vse pogosteje uporabljajo visoko zmogljivi neodim železo bor redki zemeljski materiali. Njihov produkt visoke magnetne energije in stabilne lastnosti omogočajo motorjem BLDC boljše mehanske lastnosti in dinamični odziv ter večjo učinkovitost in razpon hitrosti. Tukaj je shematski diagram prečnega prereza magneta rotorja iz načelnega dokumenta o BLDC družbe Microchip:

Hallovi senzorji: Najpomembnejši vidik nadzora motorja BLDC je identifikacija položaja rotorja. Obstajata dve metodi za identifikacijo položaja: ena je uporaba senzorjev položaja za identifikacijo položaja rotorja, znanih kot Hallovi senzorji; druga metoda je brez senzorja, ki vključuje prepoznavanje položaja rotorja z zaznavanjem povratne elektromotorne sile. Pri motorjih BLDC s senzorji večina motorjev BLDC vgradi tri Hallove senzorje v stator. Pri vsaki komutaciji je eno navitje priključeno na pozitivni pol krmilnega napajanja (tok vstopa v navitje), drugo navitje je priključeno na negativni pol (iz njega teče tok), tretje navitje pa je v odklopljenem stanju. Navor nastane zaradi interakcije med magnetnim poljem, ki ga proizvajajo tuljave statorja, in trajnim magnetom. Ko gre magnetni pol rotorja blizu Hallovega senzorja, bo senzor oddal visoko ali nizko raven signala, kar kaže, da južni/severni magnetni pol poteka skozi območje, ki ga zazna Hallovo tipalo. Fazni zamik med signali, ki jih oddajo Hallovi senzorji, je lahko 60° ali 120°.