Vad är BLDC-motor och dess fördelar

1. Koncept med borstlösa likströmsmotorer

En borstlös DC-motor (BLDC), även känd som en borstlös motor eller en synkron DC-motor, är en typ av motor som inte kräver borstar eller kommutatorer för drift. Ingången till en BLDC-motor är likström (DC), men i huvudsak simulerar den växelström (AC) genom att cykliskt byta omriktarens huvudströmbrytare. Detta skapar ett föränderligt magnetfält i spollindningarna, vilket gör att motorrotorn kan uppleva kontinuerligt vridmoment och därmed kontinuerlig rotation. BLDC-motorer kan konfigureras som enfas, tvåfas eller trefas beroende på antalet statorlindningar. De vanligaste BLDC-motorerna är trefasmotorer. Diagrammet nedan illustrerar demonteringen av en trefas borstlös likströmsmotor.

2. Tillämpning av borstlösa likströmsmotorer

Det uppskattas att marknadsstorleken för BLDC-motorer kommer att nå cirka 19,76 miljarder dollar år 2022. Med BLDC-motorteknologin som blir allt mognare har BLDC-motorer hittat omfattande tillämpningar inom olika områden, inklusive militär, rymd, industri, fordon, civila styrsystem och hushållsapparater. De används ofta i lågspänningsenheter med låg effekt som små robotar, drönare, elcyklar, dammsugare och elverktyg.

Nedan är några populära applikationer:

Dammsugare/hårtork: När det kommer till hårtorkar eller dammsugare är det välkända varumärket Dyson. Dyson-hårtorken, marknadsförd som 'nästa generations svarta teknologi', har den intelligenta digitala V9-motorn, som är mindre, lättare och snabbare än traditionella motorer. Utan användning av kolborstar kan motorn uppnå en hastighet på upp till 110 000 varv per minut, och den är mindre och lättare än andra motorer. Motorn som används i Dysons digitala motor är en 'enfas borstlös likströmsmotor', i huvudsak en typ av BLDC-motor.

Drönare/Gimbals:

Nyckeln till motorstyrning i drönare är hastighets- och riktningskontroll. De mest populära drönarna är utan tvekan de från DJI. Diagrammet nedan visar demonteringen av Spark-drönaren, med fyra BLDC-motorer synliga i varje hörn.

Liknande applikationer inkluderar gimbals.

Elverktyg: Vanliga handhållna elverktyg som finns i det dagliga livet inkluderar Boschs elektriska skiftnycklar, borrar och andra. Den energibesparande och höga effektiviteten hos borstlösa DC-motorer, tillsammans med den kontinuerliga minskningen av kostnaden för handhållna elverktyg, har lett till en snabb utveckling av användningen av BLDC-motorer i elverktyg. De mest välkända internationella tillverkarna, som Bosch, Dewalt, Milwaukee och andra, leder denna trend.

3.Borstlös DC-motorkonstruktion

Stator: Statorn i en BLDC-motor är sammansatt av laminerade stålplåtar, med lindningar placerade i slitsar utskurna längs den inre periferiaxeln. Statorn liknar den för en induktionsmotor men med en annan lindningsfördelning. De flesta BLDC-motorer har tre stjärnkopplade statorlindningar, som var och en består av flera spolar sammankopplade. Spolar placeras i slitsarna och sammankopplas för att bilda lindningar. Dessa lindningar är fördelade längs statorns omkrets för att skapa jämnt fördelade magnetiska poler.

Rotor: BLDC-motorer använder permanentmagneter som rotor, utan spolar inuti. Rotorns syd- och nordmagnetiska poler är växelvis anordnade. Dessutom, med utvecklingen av mjukmagnetisk materialteknologi och sjunkande priser, används högpresterande neodymjärnbor sällsynta jordartsmetaller alltmer för att tillverka permanentmagnetrotorer. Deras högmagnetiska energiprodukt och stabila egenskaper gör att BLDC-motorer har bättre mekaniska egenskaper och dynamiskt svar, samt högre effektivitet och varvtalsområde. Här är ett schematiskt diagram över rotormagnetens tvärsnitt från ett principdokument om BLDC från Microchip:

Hallsensorer: Den mest avgörande aspekten av BLDC-motorstyrning är rotorpositionsidentifiering. Det finns två metoder för positionsidentifiering: en är att använda positionssensorer för att identifiera rotorns position, så kallade Hall-sensorer; den andra metoden är sensorlös, vilket innebär att identifiera rotorns position genom att detektera tillbaka elektromotorisk kraft. För BLDC-motorer med sensorer, inbäddar de flesta BLDC-motorer tre Hall-sensorer i statorn. Under varje kommutering är en lindning ansluten till den positiva polen på styrströmförsörjningen (ström går in i lindningen), den andra lindningen är ansluten till den negativa polen (ström rinner ut ur den), och den tredje lindningen är i ett frånkopplat tillstånd. Vridmomentet genereras av interaktionen mellan magnetfältet som alstras av statorspolarna och permanentmagneten. När rotorns magnetiska pol passerar nära Hall-sensorn, kommer sensorn att mata ut en hög- eller lågnivåsignal, vilket indikerar att den syd-/nordmagnetiska polen passerar genom området som avkänns av Hall-sensorn. Fasförskjutningen mellan signalerna från Hall-sensorerna kan vara antingen 60° eller 120°.