มอเตอร์ BLDC คืออะไรและมีข้อดีอย่างไร

1. แนวคิดของมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน

มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน (BLDC) หรือที่เรียกว่ามอเตอร์ไร้แปรงถ่านหรือมอเตอร์กระแสตรงซิงโครนัสเป็นมอเตอร์ประเภทหนึ่งที่ไม่ต้องใช้แปรงหรือสับเปลี่ยนในการทำงาน อินพุตของมอเตอร์ BLDC นั้นเป็นไฟฟ้ากระแสตรง (DC) แต่โดยพื้นฐานแล้วจะจำลองไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) โดยการสลับสวิตช์อินเวอร์เตอร์หลักแบบวนรอบ สิ่งนี้จะสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงในขดลวดคอยล์ ทำให้โรเตอร์ของมอเตอร์ได้รับแรงบิดอย่างต่อเนื่องและจึงหมุนอย่างต่อเนื่อง มอเตอร์ BLDC สามารถกำหนดค่าเป็นเฟสเดียว สองเฟส หรือสามเฟส ขึ้นอยู่กับจำนวนขดลวดสเตเตอร์ มอเตอร์ BLDC ที่พบบ่อยที่สุดคือมอเตอร์สามเฟส แผนภาพด้านล่างแสดงการแยกชิ้นส่วนมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านสามเฟส

2.การประยุกต์ใช้มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน

เป็นที่คาดกันว่าขนาดตลาดของมอเตอร์ BLDC จะสูงถึงประมาณ 19.76 พันล้านดอลลาร์สหรัฐภายในปี 2565 ด้วยเทคโนโลยีมอเตอร์ BLDC ที่มีความสมบูรณ์มากขึ้น มอเตอร์ BLDC ได้พบการใช้งานอย่างกว้างขวางในด้านต่างๆ รวมถึงระบบการทหาร การบินและอวกาศ อุตสาหกรรม ยานยนต์ ระบบควบคุมพลเรือน และเครื่องใช้ในครัวเรือน โดยทั่วไปจะใช้ในอุปกรณ์แรงดันต่ำและพลังงานต่ำ เช่น หุ่นยนต์ขนาดเล็ก โดรน จักรยานไฟฟ้า เครื่องดูดฝุ่น

ด้านล่างนี้คือแอปพลิเคชั่นยอดนิยมบางส่วน:

เครื่องดูดฝุ่น/ไดร์เป่าผม: เมื่อพูดถึงเครื่องเป่าผมหรือเครื่องดูดฝุ่น แบรนด์ที่รู้จักกันดีคือ Dyson เครื่องเป่าผม Dyson ได้รับการขนานนามว่าเป็น 'เทคโนโลยีสีดำเจเนอเรชันใหม่' โดดเด่นด้วยดิจิตอลมอเตอร์อัจฉริยะ V9 ซึ่งมีขนาดเล็ก เบา และเร็วกว่ามอเตอร์แบบเดิม มอเตอร์สามารถหมุนด้วยความเร็วสูงสุดถึง 110,000 รอบต่อนาที โดยไม่จำเป็นต้องใช้แปรงถ่าน และมีขนาดเล็กและเบากว่ามอเตอร์อื่นๆ มอเตอร์ที่ใช้ในดิจิตอลมอเตอร์ของ Dyson คือ 'มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านเฟสเดียว' โดยพื้นฐานแล้วคือมอเตอร์ BLDC ประเภทหนึ่ง

โดรน/กิมบอล:

กุญแจสำคัญในการควบคุมมอเตอร์ในโดรนคือการควบคุมความเร็วและทิศทาง โดรนที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือโดรนจาก DJI อย่างไม่ต้องสงสัย แผนภาพด้านล่างแสดงการแยกชิ้นส่วนของโดรน Spark โดยมีมอเตอร์ BLDC สี่ตัวที่มองเห็นในแต่ละมุม

การใช้งานที่คล้ายกัน ได้แก่ ไม้กันสั่น

เครื่องมือไฟฟ้า: เครื่องมือไฟฟ้าแบบพกพาทั่วไปที่พบได้ในชีวิตประจำวัน ได้แก่ ประแจไฟฟ้า สว่าน และอื่นๆ ของ Bosch การประหยัดพลังงานและประสิทธิภาพสูงของมอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่าน ควบคู่ไปกับการลดต้นทุนของเครื่องมือไฟฟ้าแบบพกพาอย่างต่อเนื่อง ได้นำไปสู่การพัฒนาอย่างรวดเร็วในการใช้มอเตอร์ BLDC ในเครื่องมือไฟฟ้า ผู้ผลิตระดับนานาชาติที่มีชื่อเสียงที่สุด เช่น Bosch, Dewalt, Milwaukee และอื่นๆ ต่างเป็นผู้นำเทรนด์นี้

3. การก่อสร้างมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน

สเตเตอร์: สเตเตอร์ของมอเตอร์ BLDC ประกอบด้วยแผ่นเหล็กเคลือบ โดยมีขดลวดวางอยู่ในช่องที่แกะสลักตามแนวแกนเส้นรอบวงภายใน สเตเตอร์นั้นคล้ายคลึงกับมอเตอร์เหนี่ยวนำ แต่มีการกระจายขดลวดที่แตกต่างกัน มอเตอร์ BLDC ส่วนใหญ่มีขดลวดสเตเตอร์ที่เชื่อมต่อกับดาวสามเส้น แต่ละขดลวดประกอบด้วยขดลวดหลายเส้นที่เชื่อมต่อถึงกัน คอยล์ถูกวางไว้ในช่องและเชื่อมต่อกันเพื่อสร้างขดลวด ขดลวดเหล่านี้กระจายไปตามเส้นรอบวงของสเตเตอร์เพื่อสร้างขั้วแม่เหล็กที่มีระยะห่างเท่ากัน

โรเตอร์: มอเตอร์ BLDC ใช้แม่เหล็กถาวรเป็นโรเตอร์ โดยไม่มีคอยล์อยู่ข้างใน ขั้วแม่เหล็กด้านใต้และขั้วเหนือของโรเตอร์จะเรียงสลับกัน นอกจากนี้ ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีวัสดุแม่เหล็กอ่อนและราคาที่ลดลง วัสดุหายากจากธาตุนีโอไดเมียมเหล็กโบรอนประสิทธิภาพสูงจึงถูกนำมาใช้มากขึ้นในการผลิตโรเตอร์แม่เหล็กถาวร ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงและคุณลักษณะที่มั่นคงทำให้มอเตอร์ BLDC มีคุณสมบัติทางกลและการตอบสนองแบบไดนามิกดีขึ้น รวมถึงประสิทธิภาพและช่วงความเร็วที่สูงขึ้น นี่คือแผนผังของหน้าตัดแม่เหล็กโรเตอร์จากเอกสารหลักเกี่ยวกับ BLDC โดย Microchip:

เซ็นเซอร์ฮอลล์: ลักษณะที่สำคัญที่สุดของการควบคุมมอเตอร์ BLDC คือการระบุตำแหน่งโรเตอร์ การระบุตำแหน่งมีสองวิธี วิธีแรกคือการใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งเพื่อระบุตำแหน่งของโรเตอร์ หรือที่เรียกว่าเซ็นเซอร์ฮอลล์ อีกวิธีหนึ่งคือไม่มีเซนเซอร์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการระบุตำแหน่งของโรเตอร์โดยการตรวจจับแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ สำหรับมอเตอร์ BLDC ที่มีเซ็นเซอร์ มอเตอร์ BLDC ส่วนใหญ่จะฝังเซ็นเซอร์ฮอลล์สามตัวไว้ในสเตเตอร์ ในระหว่างการเปลี่ยนแต่ละครั้ง ขดลวดหนึ่งจะเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟควบคุม (กระแสเข้าสู่ขดลวด) ขดลวดที่สองเชื่อมต่อกับขั้วลบ (กระแสไหลออกมา) และขดลวดที่สามอยู่ในสถานะตัดการเชื่อมต่อ แรงบิดเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาระหว่างสนามแม่เหล็กที่เกิดจากขดลวดสเตเตอร์และแม่เหล็กถาวร เมื่อขั้วแม่เหล็กโรเตอร์ผ่านใกล้เซ็นเซอร์ฮอลล์ เซ็นเซอร์จะส่งสัญญาณระดับสูงหรือต่ำ แสดงว่าขั้วแม่เหล็กใต้/เหนือกำลังผ่านบริเวณที่เซ็นเซอร์ฮอลล์ตรวจจับได้ การเปลี่ยนเฟสระหว่างสัญญาณเอาท์พุตโดยเซ็นเซอร์ฮอลล์อาจเป็น 60° หรือ 120°