Động cơ BLDC là gì và ưu điểm của nó

1. Khái niệm về động cơ DC không chổi than

Động cơ DC không chổi than (BLDC), còn được gọi là động cơ không chổi than hoặc động cơ DC đồng bộ, là loại động cơ không cần chổi than hoặc cổ góp để vận hành. Đầu vào của động cơ BLDC là dòng điện một chiều (DC), nhưng về cơ bản, nó mô phỏng dòng điện xoay chiều (AC) bằng cách chuyển đổi theo chu kỳ các công tắc biến tần chính. Điều này tạo ra một từ trường thay đổi trong cuộn dây, cho phép rôto động cơ chịu mô-men xoắn liên tục và do đó quay liên tục. Động cơ BLDC có thể được cấu hình là một pha, hai pha hoặc ba pha tùy thuộc vào số lượng cuộn dây stato. Động cơ BLDC thường gặp nhất là động cơ ba pha. Sơ đồ dưới đây minh họa việc tháo rời động cơ DC không chổi than ba pha.

2.Ứng dụng của động cơ DC không chổi than

Người ta ước tính rằng quy mô thị trường của động cơ BLDC sẽ đạt khoảng 19,76 tỷ USD vào năm 2022. Với công nghệ động cơ BLDC ngày càng hoàn thiện, động cơ BLDC đã tìm thấy ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau bao gồm quân sự, hàng không vũ trụ, công nghiệp, ô tô, hệ thống điều khiển dân dụng và thiết bị gia dụng. Chúng thường được sử dụng trong các thiết bị điện áp thấp, năng lượng thấp như robot nhỏ, máy bay không người lái, xe đạp điện, máy hút bụi và dụng cụ điện.

Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến:

Máy hút bụi/Máy sấy tóc: Khi nói đến máy sấy tóc hoặc máy hút bụi, thương hiệu nổi tiếng là Dyson. Máy sấy tóc Dyson, được quảng cáo là 'công nghệ đen thế hệ tiếp theo', có động cơ kỹ thuật số thông minh V9, nhỏ hơn, nhẹ hơn và nhanh hơn động cơ truyền thống. Nếu không sử dụng chổi than, động cơ có thể đạt tốc độ lên tới 110.000 vòng quay mỗi phút và nhỏ hơn và nhẹ hơn các động cơ khác. Động cơ được sử dụng trong động cơ kỹ thuật số của Dyson là 'động cơ DC không chổi than một pha', về cơ bản là một loại động cơ BLDC.

Máy bay không người lái/Gimbal:

Chìa khóa để điều khiển động cơ trong máy bay không người lái là điều khiển tốc độ và hướng. Những chiếc máy bay không người lái phổ biến nhất chắc chắn là của DJI. Sơ đồ bên dưới cho thấy quá trình tháo rời máy bay không người lái Spark, với bốn động cơ BLDC có thể nhìn thấy ở mỗi góc.

Các ứng dụng tương tự bao gồm gimbal.

Dụng cụ điện cầm tay: Các dụng cụ điện cầm tay phổ biến trong cuộc sống hàng ngày bao gồm cờ lê, máy khoan điện của Bosch và các loại khác. Tiết kiệm năng lượng và hiệu suất cao của động cơ DC không chổi than, cùng với việc liên tục giảm giá thành của các dụng cụ điện cầm tay, đã dẫn đến sự phát triển nhanh chóng trong việc sử dụng động cơ BLDC trong các dụng cụ điện. Các nhà sản xuất quốc tế nổi tiếng nhất như Bosch, Dewalt, Milwaukee và các hãng khác đang dẫn đầu xu hướng này.

3. Xây dựng động cơ DC không chổi than

Stator: Stator của động cơ BLDC bao gồm các tấm thép nhiều lớp, với các cuộn dây được đặt trong các rãnh được khoét dọc theo trục chu vi bên trong. Stator tương tự như động cơ cảm ứng nhưng có cách phân bố cuộn dây khác. Hầu hết các động cơ BLDC đều có ba cuộn dây stato nối sao, mỗi cuộn gồm nhiều cuộn dây nối với nhau. Các cuộn dây được đặt trong các rãnh và nối với nhau tạo thành cuộn dây. Các cuộn dây này được phân bố dọc theo chu vi của stato để tạo ra các cực từ cách đều nhau.

Rôto: Động cơ BLDC sử dụng nam châm vĩnh cửu làm rôto, bên trong không có cuộn dây. Các cực nam và bắc của rôto được bố trí xen kẽ nhau. Ngoài ra, với sự tiến bộ của công nghệ vật liệu từ mềm và giá thành giảm, vật liệu đất hiếm neodymium sắt boron hiệu suất cao ngày càng được sử dụng để chế tạo rôto nam châm vĩnh cửu. Sản phẩm năng lượng từ tính cao và đặc tính ổn định của chúng cho phép động cơ BLDC có đặc tính cơ học và phản ứng động tốt hơn cũng như hiệu suất và phạm vi tốc độ cao hơn. Dưới đây là sơ đồ mặt cắt nam châm rôto từ tài liệu nguyên tắc về BLDC của Microchip:

Cảm biến Hall: Khía cạnh quan trọng nhất của điều khiển động cơ BLDC là xác định vị trí rôto. Có hai phương pháp xác định vị trí: một là sử dụng cảm biến vị trí để xác định vị trí của rôto, được gọi là cảm biến Hall; phương pháp còn lại là không có cảm biến, bao gồm việc xác định vị trí của rôto bằng cách phát hiện lực điện động ngược. Đối với động cơ BLDC có cảm biến, hầu hết động cơ BLDC đều gắn ba cảm biến Hall vào stato. Trong mỗi lần chuyển mạch, một cuộn dây được nối với cực dương của nguồn điện điều khiển (dòng điện đi vào cuộn dây), cuộn dây thứ hai được nối với cực âm (dòng điện chạy ra khỏi nó) và cuộn dây thứ ba ở trạng thái ngắt kết nối. Mô-men xoắn được tạo ra bởi sự tương tác giữa từ trường do cuộn dây stato tạo ra và nam châm vĩnh cửu. Khi cực từ của rôto đi qua gần cảm biến Hall, cảm biến sẽ phát ra tín hiệu ở mức cao hoặc thấp, cho biết cực từ nam/bắc đang đi qua vùng được cảm biến Hall cảm nhận. Sự dịch pha giữa tín hiệu đầu ra của cảm biến Hall có thể là 60° hoặc 120°.