Бесколлекторные двигатели для аккумуляторного инструмента

Бесколлекторные (бесщеточные) двигатели постоянного тока (BLDC – brushless direct current) были изобретены уже давно, но широкое применение они получили всего несколько лет назад – на волне стремительного развития аккумуляторной техники. Электроинструмент с двигателем такого типа обладает целым рядом преимуществ по сравнению с техникой, имеющей традиционные коллекторные двигатели. Как устроены бесщеточные моторы и чем они принципиально лучше щеточных? Слово специалисту – тренеру по продукции компании «Метабо Евразия» Роману Харламову.

Коллекторный двигатель

Напомним, что работа электродвигателя основана на принципе электромагнитной индукции, в результате которой в его неподвижной части (статоре) при подаче напряжения возникает вращающееся магнитное поле, создающее в витках обмотки подвижной части (роторе) ток индукции. По закону Ампера, в проводнике с током, находящемся в магнитном поле, возникает отклоняющая сила, поэтому ротор начинает вращаться.

Частота его вращения зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов, создаваемых с помощью витков обмотки. Поскольку нас сегодня интересует аккумуляторный инструмент, то далее будем рассматривать двигатель постоянного тока. В качестве статора (индуктора) в маломощных двигателях такого типа обычно используют магниты – постоянные или электрические. А переменное магнитное поле создается с помощью либо щеточно-коллекторного узла (коллектора), либо электронного вентильного преобразователя (вентиля). Соответственно, двигатели бывают коллекторные (щеточные) и вентильные (бесколлекторные, бесщеточные). Первые являются электромеханическими контактными коммутаторами, а вторые – электронными бесконтактными. Коллектор объединяет выводы всех обмоток и обычно представляет собой кольцо из изолированных друг от друга пластин – контактов (ламелей), расположенных вдоль оси ротора. Справедливости ради отметим, что существуют и другие конструкции коллектора. Он выполняет одновременно две функции: является датчиком углового положения ротора и механическим преобразователем постоянного тока в переменный.

Щеточный узел необходим для подвода электроэнергии к катушкам на вращающемся роторе и переключения тока в обмотках ротора. Щетки – это неподвижные контакты (обычно графитовые или медно-графитовые), которые с определенной частотой (обычно – большой) размыкают и замыкают пластины – контакты коллектора. Как следствие, работа сопровождается переходными процессами в обмотках ротора, вызывающими искрение на коллекторе и постепенное выгорание щеток, что приводит к выделению тепла и визуально проявляется в виде светящегося кольца около коллектора. Эти процессы значительно снижают ресурс электродвигателя.

Бесколлекторный двигатель

В вентильном двигателе переменное магнитное поле создается бесконтактным полупроводниковым коммутатором, управляемым датчиком положения ротора. Такой двигатель представляет собой замкнутую систему с обратной связью при наличии трех составляющих: датчика, определяющего положение ротора, преобразователя координат (системы управления) и инвертора (силового полупроводникового преобразователя) для переключения фаз.

Статор такого двигателя состоит из корпуса, сердечника из электротехнической стали и медной обмотки, выполненной из нескольких частей (фаз), уложенных в пазы по периметру сердечника и сдвинутых в пространстве друг относительно друга в соответствии с их количеством. Обычно используют трехфазные синхронные машины, однако встречаются четырех- и шести-фазные обмотки. В ротор ставят постоянные магниты, при этом число пар полюсов составляет обычно от 2 до 16 с чередованием северного и южного полюсов. Сплавы редкоземельных элементов, в частности неодима, обладающего высокой коэрцитивной силой и достаточным уровнем магнитного насыщения, обеспечивают этим магнитам по сравнению с традиционными ферритовыми материалами значительную магнитную индукцию при относительно малых размерах ротора. Бесколлекторные двигатели получили широкое распространение благодаря развитию электроники и появлению недорогих силовых транзисторных ключей. Также немаловажную роль сыграло изобретение мощных неодимовых магнитов. Хотя идея создания бесколлекторного двигателя витала в воздухе еще на заре электричества, но из-за отсутствия технологий его первый коммерческий образец появился лишь в 1962 году, и с тех его конструкция успешно развивается. Управление таким двигателем осуществляет электронный регулятор, называемый в зарубежной литературе сокращенно ESC (Electronic speed control). Все двигатели постоянного тока являются синхронными с самосинхронизацией, но их принцип действия отличается от синхронных двигателей переменного тока, у которых самосинхронизация отсутствует. При отсутствии же обратной связи принцип функционирования двигателя вообще схож с асинхронным двигателем. Система коммутации в BLDC-двигателях – трапециевидная. В этом случае для трехфазного двигателя отказываются от сложного метода ШИМ, от сложной векторной структуры и начинают просто включать фазы двигателя по датчику положения на элементах Холла, даже иногда без всякого ограничения тока. Ток в фазах получается не синусоидальный, а трапецеидальный, прямоугольный или с еще большими искажениями.

Но стараются сделать так, чтобы средний вектор тока был все равно под углом 90° к магниту ротора за счет выбора момента включения фаз. Вместе с тем, включая фазу под напряжение, неизвестно, когда же в ней у двигателя нарастет ток. На низкой частоте вращения это происходит быстрее, а на высокой, где мешает ЭДС машины, медленнее, притом темп нарастания тока зависит еще от индуктивности двигателя и т.п. Поэтому, даже включая фазы точно в нужный момент времени, совсем не факт, что средний вектор тока окажется в нужном месте и с нужной фазой – он может как опережать, так и запаздывать относительно оптимальных 90°, в связи с чем в таких системах вводят настройку опережения коммутации – по сути, это просто время опережения подачи напряжения на фазу двигателя, чтобы в итоге фаза вектора тока получилась максимально близкой к 90°. Коротко данную процедуру называют «настройка таймингов». Поскольку ток в электродвигателе при автокоммутации не синусоидальный, то, если взять рассмотренную выше синусоидальную машину и управлять ею по такому принципу, момент на валу будет пульсировать. И потому в двигателях, предназначенных для автокоммутации, часто специальным образом меняют магнитную геометрию ротора и статора, чтобы они стали более подходящими к данному типу управления: изменение ЭДС в таких машинах делают трапецеидальным, благодаря чему в режиме автокоммутации они работают лучше. Синхронные машины, оптимизированные для автокоммутации, получили название бесколлекторных двигателей постоянного тока (БДПТ) или, по-английски, BLDC. Режим автокоммутации часто называют вентильным режимом, а двигатели, работающие с ним, – вентильными.

Датчики положения ротора

Итак, подавать напряжение на обмотки двигателя нужно в зависимости от положения ротора, которое определяется электроникой. Для этого предусматривают датчики положения ротора (ДПР), которые могут быть оптическими, магнитными, на основе эффекта Холла и проч. Например, в трехфазном бесколлекторном двигателе достаточно трех датчиков, чтобы электронный блок управления идентифицировал в каждый момент времени, в каком положении находится ротор и на какие обмотки подавать напряжение.

При отсутствии возможности разместить ДПР в корпусе двигателя их функцию можно передать электронному блоку, но он должен соответствовать характеристикам конкретной модели двигателя. Поэтому существуют бесколлекторные двигатели и без датчиков: у них положение ротора определяется измерением напряжения на не задействованной в данный момент времени обмотке, например, с помощью показаний токовых датчиков. Но такие двигатели должны запускаться без нагрузки, причем в первый момент возможны вращательные колебания оси двигателя в разные стороны. Управление двигателем с датчиками положения значительно проще и точнее, однако при выходе из строя хотя бы одного из них двигатель прекращает работу. Замена неисправного датчика, как правило, требует разборки всего двигателя. У компании Metabo электродвигатель BLDC имеет конструкцию, отличную от общепринятой. Три датчика положения на основе эффекта Холла расположены на плате внутри герметичной камеры ротора. Подобное размещение позволяет точно управлять частотой вращения ротора и оградить электронную плату от воздействия внешней среды, что автоматически продлевает срок службы всей системы.

Самый простой BLDC

Наибольшее распространение получил трехфазный бесколлекторный двигатель за счет оптимального соотношения эффективности управления и сложности схемы. Чем больше фаз, тем более плавное вращение получает магнитное поле, но и тем сложнее схема управления двигателем. Фазы – это обмотки двигателя, при этом трехфазный BLDC имеет три провода – выводы обмоток, которые соединяются в зависимости от его назначения «звездой» или «треугольником». В высокомоментных двигателях с длительным режимом включения применяют соединение «звездой», а в двигателях, работающих в кратковременном режиме и требующих более высоких оборотов, применяют соединение «треугольником». Например, во всех BLDC дрелей-шуруповертов Metabo используют соединение «треугольником». Датчики положения добавляют еще пять проводов (два – питание датчиков и три – поступающие сигналы от датчиков). В каждый момент времени напряжение питает две из трех обмоток, поэтому получается шесть вариантов подачи постоянного напряжения на обмотки двигателя, что создает эффект вращения магнитного поля, хоть и прерывистого (через 60° при каждом переключении).

Две разновидности компоновки

По расположению ротора BLDC делятся на внутрироторные (англ. inrunner) и внешнероторные (англ. outrunner). Конструктивно inrunner проще из-за того, что неподвижный статор может служить корпусом, и компоновка BLDC получается традиционной, что позволяет использовать хорошо известные наработки конечного продукта без существенных изменений. В варианте BLDC оutrunner вращается вся внешняя часть, то есть ротор, при этом крепление электродвигателя к корпусу происходит за неподвижную часть статора. Использование компоновки outrunner позволяет увеличить крутящий момент электродвигателя за счет увеличения наружного диаметра ротора, но в целом в связи со значительным увеличением диаметра электродвигателя ограничивается сфера его применения. Так, обычно компоновку BLDC outrunner не используют в ручном электроинструменте, но применяют в аккумуляторных дистанционно управляемых моделях автомобилей, судов, самолетов, квадрокоптеров, в крупной бытовой технике, а также в аккумуляторной садовой технике.

Повышающий редуктор

При одинаковой компоновке inrunner, но при разных геометрических размерах BLDC более компактный по длине двигатель будет иметь меньший на 20–30% крутящий момент при большей частоте вращения ротора по сравнению с одинаковым по диаметру коллекторным двигателем постоянного тока. На это оказывает прямое влияние меньшая величина потребляемых токов у большинства BLDC за счет более тонкой проволоки катушек статора, а также отсутствие потерь в щеточно-коллекторном узле. В случае недостаточной величины крутящего момента, при прочих равных, производителю изделия ничего не остается, как только механически увеличить передаточное отношение на выходе двигателя путем использования повышающего редуктора. Это правило действует для большинства электроинструментов, где используется BLDC. Однако на примере дрелей-шуруповертов Metabo мы можем увидеть обратное, так как планетарный редуктор, применяемый в моделях серии LTX с BLDC, конструктивно не отличается от моделей серии LTX с коллекторным двигателем постоянного тока. Эта особенность объясняется конструкцией электродвигателя BLDC от Metabo, базирующейся на планетарном редукторе прежнего размера. Такой размер стал возможным благодаря получению более высокого крутящего момента с использованием герметичной конструкции ротора, большого сечения проволоки для катушек статора (2,0 мм) и более мощной силовой электроники. В зависимости от сферы применения изделия с BLDC инженеры Metabo рассчитывают конструкцию планетарного или другого редуктора исходя из суммы мощности аккумуляторной батареи, потребляемой и отдаваемой мощности электромотора и общей геометрии конечного продукта. В частности, все зубчатые пары используемых Metabo планетарных редукторов для дрелей-шуруповертов изготавливаются только из металла, а корпус редуктора, в зависимости от максимальной величины жесткого крутящего момента, может быть выполнен из армированного полиамида или из алюминиевого сплава литьем под давлением. Такой выбор материалов редуктора гарантирует его длительный срок службы и достаточную жесткость конструкции.

Система охлаждения

Хотя тепловыделение BLDC в процессе работы невелико, однако при продолжительной непрерывной работе, особенно с превышением нагрузки, двигатель начинает греться, что нежелательно для обмоток статора и для неодимовых магнитов ротора. По этой причине у всех типов двигателей постоянного тока inrunner используется крыльчатка из армированного нейлона, снабженная лопастями специальной формы, которые обеспечивают достаточный воздушный поток для охлаждения обмоток ротора и постоянных магнитов статора (в коллекторном электродвигателе) или для охлаждения обмоток статора и постоянных магнитов ротора (в двигателе BLDC). В зависимости от производителя электродвигателя аэродинамическое сопротивление, влияющее на КПД, может быть разным. Как правило, это сопротивление рассчитывается исходя из конкретной применимости электромотора. В большинстве конструкций BLDC-двигателей для аккумуляторного электроинструмента система охлаждения имеет аналогичную компоновку с коллекторным двигателем постоянного тока. Воздушный поток, создаваемый крыльчаткой, проходит через ротор внутри статора. Из-за этой особенности подобные BLDC-двигатели имеют разборную конструкцию для удобства периодического обслуживания – ввиду отсутствия изоляции электроники и постоянных магнитов ротора от воздействия внешней среды. В то же время корпус BLDC-электродвигателей Metabo полностью герметичен, а обмотки статора имеют полуоткрытую конструкцию, где около 50% проволоки обмоток открыты, чтобы при вращении ротора крыльчатка создавала поток воздуха, проходящий снаружи корпуса статора, охлаждая именно те части конструкции, которые нагреваются во время работы, без необходимости разбирать двигатель для периодического обслуживания. В BLDC outrunner роль крыльчатки выполняет специальная форма ротора, имеющая ребра жесткости в форме лопастей. При вращении ротора без нагрузки создается мощный поток воздуха, охлаждающий обмотки статора. Под нагрузкой скорость охлаждения может существенно снижаться, поэтому BLDC с компоновкой outrunner применяются в тех изделиях, при использовании которых нагрузка на двигатель и соответственно потеря частоты вращения и эффективности охлаждения невысоки.

Подведем итоги

Чем же лучше BLDC по сравнению с коллекторным двигателем постоянного тока? Во-первых, у BLDC нет имеющего высокие потери и ограниченный ресурс коллекторно-щеточного узла: его функцию полностью выполняет электроника. И потому такой двигатель значительно надежнее. Во-вторых, BLDC-двигатель легче и компактнее, в том числе за счет использования мощных неодимовых магнитов, которые позволяют сделать длину ротора меньше. В-третьих, существенно снижены потери энергии на коммутацию, поскольку ламели коллектора и щетки заменены электронными ключами, при этом в целом электродвигатель значительно меньше греется, а в отдельных случаях даже допускает перегрузки по моменту. В-четвертых, отсутствие коллекторно-щеточного узла позволило снизить потребляемые токи во время выполнения работ под нагрузкой и значительно увеличило производительность инструмента, в котором установлен этот двигатель. В итоге BLDC-электродвигатель имеет более высокие значения КПД, показателя мощности (в Вт на кг собственного веса) и диапазона изменения скорости вращения. КПД бесколлекторного двигателя постоянного тока достигает 80–92% против 60–75% у коллекторных двигателей постоянного тока. К его недостаткам можно отнести наличие в конструкции сложного и дорогостоящего электронного регулятора. На отечественный рынок инструменты с бесколлекторными двигателями постоянного тока поставляют такие бренды, как Metabo, Makita, DeWALT, Stanley, Bosch, Hitachi, Fein, AEG, Milwaukee, STIHL, Husqvarna, Greenworks и др. Двигатели разных производителей отличаются друг от друга размерными рядами, мощностью, компоновкой, системой охлаждения, диапазоном частот вращения. В подавляющем большинстве конструкция всех моделей является разборной.

Коллекторные и бесколлекторные электродвигатели постоянного тока. Устройство и принцип работы | Полезные статьи

Трудно себе представить современное производство без различного оборудования и без электродвигателей, которые приводят его в действие. Исправная работа электродвигателя – гарантия качественного производственного процесса в любой промышленной отрасли.

Электродвигатели постоянного тока создают регулируемые электроприводы.

Устройство электродвигателя постоянного тока таково, что он может работать только от постоянного тока. Данный вид электродвигателей разделяются на двигатели с коллектором и без него.

Коллекторный двигатель

Этот двигатель имеет коллектор, ротор, индуктор, статор, якорь, щетки. Ротор вращается, в отличие от статора, который неподвижен. Частью коллекторного устройства является индуктор, который создает магнитный поток и организует время, когда происходит возбуждение двигателя. Индуктор обладает обмоткой или магнитами. Якорь также является частью коллекторного двигателя. Частью устройства является пара щеток. Электрический ток, поступающий от источника питания, подходит к якорю через щетки. Изготавливают их из графита, хотя могут использоваться и другие материалы. Обычно коллекторные электродвигатели постоянного тока имеют две щетки, но, могут быть и исключения, когда используется несколько пар. Одну щетку соединяют с плюсом источника питания, а другая соединяется с минусом.Коллектор является частью двигателя, который непосредственно контактирует с парой щеток – вместе они распределяют электрический ток по якорным обмоточным катушкам.

Электродвигатель на постоянных магнитах имеет относительно невысокую стоимость и используется во многих промышленных сферах, поскольку имеют широчайший диапазон мощностей, начиная с сотых долей Ватта, заканчивая десятками МегаВатт. Большим размахом обладает и частота вращения.

Используют электродвигатель на постоянных магнитах в устройстве бытовой техники, часто его устанавливают и в детские игрушки.

Коллекторные электродвигатели используют там, где необходима высокая скорость рабочих элементов: пылесосы, миксеры и т.п.

 

Бесколлекторный двигатель

Этот вид двигателей появился на рынке сравнительно недавно. Они не имеют коллекторно-щеточного узла — это является большим преимуществом, поскольку такой двигатель не создает радиопомех.

Бесколлекторный электродвигатель постоянного тока обладает высоким КПД – намного выше, чем у коллекторного собрата. При этом намного проще устроена сама конструкция двигателя, так как в ней отсутствует узел со щетками. Более того, бесколлекторные моторы имеют очень низкую степень изнашивания.

Бесколлекторные двигатели имеют подшипники, что влияет на их стоимость – она несколько выше стоимости коллекторных собратьев.

Бесколлекторный электродвигатель постоянного тока обладает самосинхронизацией. В основе его работы лежит принцип частотного регулирования – оно происходит вследствие управления вектором (направлением) магнитного поля, создаваемое статором, на которое оказывает влияние место положения ротора.

Такое влияние возможно из-за того, что ротор не что иное, как постоянные магниты, которые создают постоянное магнитное поле, а индуктор находится на роторе, т.е. в зоне влияния поля. Обмотка якоря находится на статоре. В зависимости от положения ротора формируется напряжение, питающее обмотки двигателя. Контроллер осуществляет управление током при помощи широтно-импульсной модуляции, которая протекает через обмотки двигателя.

 

Выбор двигателя и привода. Подбор типа электродвигателя.

Эта страница создана с целью помочь в выборе двигателя посетителям, имеющим отдаленное представление о видах и типах электромоторов, об их применении. Надеемся, что наши рекомендации помогут сориентироваться в типах представленных на сайте электродвигателей и выбрать подходящий из предлагаемых.

Выбрать тип электродвигателя можно, ответив на несколько общих вопросов.

Требуется ли точное позиционирование?

• Если да, то следует выбрать шаговый двигатель или сервопривод.

  Требуется ли очень высокая точность?

  • Если крайне высокая точность или разрешающая способность необходимы, следует выбрать серводвигатель.
  • Если точности 0,09 град. будет достаточно, выбирайте привод на базе шагового двигателя.

  Требуется ли плавное движение, особенно на маленьких скоростях?

  Критична ли цена устройства?

• Нет, точное позиционирование не требуется или не очень важно, или есть возможность работать с датчиками (концевыми выключателями).

  Нужно ли регулировать скорость?

• Какое напряжение питания предпочтительно?

  • Сеть переменного тока 220В — выбирайте асинхронный двигатель.
  • От источника постоянного тока:

    Есть ли требования к ресурсу устройства, его долговечности?
    

И еще несколько рекомендаций и примеров по выбору двигателя:

• Предполагается использовать электродвигатель для простого вращения, например для витрины, рекламных конструкций, вентиляторов, для перемешивания — выбор мотор-редуктора с коллекторным двигателем.
  
• То же самое, но есть требования к надежности и ресурсу:
• Если нужен привод для реализации работы двигателя по заданной программе: переместить в определенную позицию, выполнить реверс, приостановить работу на заданное время, продолжить работу с измененной скоростью. Такие алгоритмы используются, например, в намоточном оборудовании, в протяжке лент, проволоки, фольги и подобных устройствах, в сварочных автоматах, в этикетировщиках, механизмах подачи и распределения — без сомнения, в этих случаях предпочтительнее выбрать шаговый двигатель.
• Привод нужен для работы станка с ЧПУ или координатного стола — также предпочтительнее использовать шаговый привод.
• Если Ваше устройство очень ответственно, предъявляет повышенные требования к точности, плавности и требует сложных алгоритмов работы — используйте сервопривод.

Асинхронные двигатели с редуктором используются, как правило, в устройствах, не требующих особой точности перемещеня (т. е. позиционирования) и удобны, когда требуется простое вращение с постоянной скоростью. Питание двигателя 220В 50Гц, поэтому они не требуют дополнительного источника питания и могут работать от сети 220В. В большинстве случаев при использовании асинхронного двигателя не требуются дополнительные дорогие системы управления.

Управление асинхронным двигателем. Вращение вала двигателя начинается сразу при подаче питания. Величина скорости определяется передаточным числом редуктора. Чуть более усложненный вариант — регулирование скорости с помощью частотного преобразователя, т.е. скорость вращения можно изменять.

Примеры применения асинхронного мотор-редуктора — вентиляторы в помещении, вращающиеся витрины и рекламные конструкции, в случае, если удобно подключать их к сети 220В, устройства для перемешивания, конвейеры.

Из достоинств асинхронных мотор-редукторов можно отметить высокую надежность, длительный срок службы и простоту использования. Из недостатков можно отметить высокую стоимость частотных преобразователей, которые необходимы для регулирования скорости. Выбрать асинхронный двигатель

Мотор-редукторы постоянного тока, как и асинхронные, используются в устройствах, не требующих точности, но предъявляющих требования к цене. Мотор-редукторы постоянного тока чрезвычайно просты в применении и не требуют специальных устройств управления. Эти двигатели подключаются к источнику питания 3В, 12В или 24В. Можно использовать и меньшее напряжение питания.

Управление коллекторным мотор-редуктором. Вращение двигателя начинается сразу при подаче питания. Максимальная скорость определяется скоростью самого электромотора и редуктора. «Подгонка» скорости осуществляется изменением напряжения питания (в меньшую сторону). Изменение направления вращения обеспечивается сменой полярности питания.

Примеры применения коллекторных двигателей с редуктором — вращение демонстрационных витрин, привод шпинделя в станках, перемешивающие устройства, если удобно использовать питание 12В или 24В (иногда 3В).

Основное достоинство коллекторного двигателя с редуктором — его простота и низкая стоимость. Недостаток — меньший срок службы: трущиеся и контактирующие детали коллектора (щетки) двигателя довольно быстро выходят из строя. Выбрать коллекторный мотор-редуктор

Шаговый двигатель называется шаговым, т. к. может выполнять поворот вала на определенный угол. Шаговые двигатели используются в случаях, когда требуется точное перемещение и позиционирование — можно задать величину углового перемещения с точностью до десятых (а иногда и сотых долей градуса). Кроме того, шаговые двигатели удобно применять, когда требуется реализовать сложный алгоритм движения. Шаговый двигатель обязательно требует блок управления (драйвер). Питание зависит от используемого драйвера.

Управление шаговым приводом. В самом общем виде управление шаговым двигателем сводится к задаче отработать определенное число шагов в нужном направлении и с нужной скоростью. Если говорить о неподготовленных пользователях, под управлением обычно понимают не сам шаговый двигатель, а шаговый привод вместе с системой управления. В этом случае на блок управления ШД подаются сигналы «сделать шаг» и «задать направление». Сигналы представляют собой импульсы 5В. Такие импульсы можно получить от компьютера, например от LPT-порта, от специального контроллера управления шаговыми приводами или задавать сигналы самостоятельно от источника питания или генератора 5В.

Управление от компьютера распространено для управления станками с ЧПУ — для такой задачи существует специальное программное обеспечение. Управление от контроллера удобно, когда нужно реализовать какой-то определенный алгоритм движения, например в протяжных механизмах, этикетировщиках, автоматах.

Применение шаговых двигателей. Одно из самых распространенных применений шаговых двигателей — станки с ЧПУ и координатные столики — работа шаговых приводов осуществляется от ПК — современное программное обеспечение позволяет осуществлять работу шаговых приводов в соответсвии с чертежем. Шаговые двигатели распространены в роботах, конвейерах, системах подачи. Выбор шагового двигателя оправдан в этикетировочных машинах, устройствах протяжки проволоки или фольги и др. подобных устройствах. Кроме того, шаговые двигатели используются в аналитических приборах и эмуляторах стрелочных приборов.

Преимущества шаговых двигателей заключаются в возможности их применения в довольно сложных и ответственных устройствах, возможность точно задавать положение вала и угол перемещения. Скорость двигателя полностью контролируется от 0 до максимально возможной. Шаговые двигатели имеют большой ресурс и срок службы. К недостаткам можно отнести стоимость системы управления, некоторую дискретность перемещения, высокую (до 80 град) температуру поверхности двигателя, а также значительную потерю момента на высоких скоростях. Выбрать шаговый двигатель

Бесколлекторный двигатель можно сравнить с «вывернутым наизнанку» коллекторным двигателем постоянного тока — ротор-магнит вращается внутри статора с обмотками. Если проще — в бесколлекторном двигателе нет трущихся переключающихся контактов, как в коллекторном двигателе. Двигатель несколько сложнее в управлении, выше его цена. Но и надежность и срок службы такого двигателя существенно выше.

Управление бесколлекторным двигателем. Для работы бесколлекторного двигателя обязательно требуется специальный блок управления. Как и в случае с шаговым двигателем, для бесколлекторного двигателя подразумевается управление приводом. Управление скоростью осуществляется аналоговым сигналом от 0В (мин. скорость) до 5В (максимальная скорость). Направление вращение — сигналом 0/5В, подаваемым на блок.

Применение бесколлекторных двигателей. Эти двигатели используются при производстве моделей (часто в радиоуправляемых авиамоделях), в небольших поворотных устройствах, механизмах позиционирования, рекламных конструкциях, дозирующих механихмах, в строительстве, при изготовлении смесей (краски, лаки, клей и т.п.). Двигатели устанавливаются в выставочных стендах, поворотных рекламных столиках и площадках, вентиляторах для помещений, дозаторах жидкости, затворных механизмах, сварочных аппаратах, устройства для смешивания.

Преимущества бесколлекторных двигателей, во-первых, в их ресурсе — они намного долговечнее и надежнее аналогичных коллекторных моторов. Во-вторых, к достоинствам можно отнести их высокий КПД. В-третьих, по сравнению с шаговыми двигателями, бесколлекторные работают несколько тише. Также нужно отметить более высокую скорость бесколлекторного двигателя примерно в 10 раз выше, чем у шагового. Из недостатков — необходимость использовать специальный блок управления. Выбрать бесколлекторный двигатель

Сервопривод — это, как правило, интеллектуальное устройство, включающее сервомотор и блок управления. Серводвигатели отличаются очень высокой надежностью. При работе в паре с блоком управления, сервопривод может использоваться для решения очень сложных и ответственных задач. Точность сервопривода зависит от установленного в нем датчика обратной связи и выбирается в соответствии с решаемой задачей. Сервопривод позволяет осуществлять очень плавное движение даже на низких, близких к 0, скоростях.

Управление серводвигателем осуществляется при помощи специального блока, который получает сигналы от датчика обратной связи, встроенного в сервомотор. Блок управления обычно имеет множество опций для работы от ПК, встроенные интерфейсы позволяют использовать его в промышленности. Многочисленные настройки и нюансы работы обычно загружаются в привод через ПК. Далее возможна автономная работа и управление без компьютера.

Сервоприводы применяются там, где требуется надежность и безотказность, например в сложных медицинских аппаратах и оборонной промышленности. Сервомоторы могут использоваться в устройствах, обслуживание которых может быть затруднено. Выбор серводвигателя обоснован в случае, когда необходима долговечность. Точность позиционирования и плавность перемещения делают возможным применение привода в высокоточных приборах, станках и прочих механизмах.

Преимуществ при выборе сервомотора масса: плавность и точность перемещений доступны даже на низких скоростях, разрешающая способность может выбираться пользователем в зависимости от решаемой задачи. Надежность и безотказность, а следовательно, возможность использовать его в ответственных, не терпящих отказа устройствах. Бесшумность и плавность работы делают сервоприводы иногда единственным возможным вариантом при выборе двигателя. Достоинства сервопривода таковы, что применять их можно было бы всегда, когда только возможно, если бы не два недостатка: цена комплекта (сервомотор + блок управления) и сложность настройки, которая иногда делает применение сервопривода необоснованным. Выбрать серводвигатель

Каргу А.П.

Бесколлекторные двигатели: преимущества и недостатки

Бесколлекторные двигатели — это вид синхронных устройств с постоянными магнитами, питаемыми от цепи постоянного тока через инвертор, управление которым осуществляется при помощи коллектора с обратной связью.

Преимущества и недостатки устройств

Бесколлекторный двигатель имеет следующие плюсы и минусы:

1. Наличие сложных электронных компонентов (к примеру, датчиков Холла). Они отличаются уязвимостью для действия жестких условий со стороны окружающей среды (высокой и низкой температуры, ионизирующих излучений и так далее). Если рассматривать коллекторные двигатели, то они вовсе не имеют электроники, из-за чего у них отсутствует данная уязвимость.

2. Сведение к минимуму электромагнитных помех, которые исходят от устройства. Во время работы щеточно-коллекторный контакт создает сильные помехи. Их частота зависит от частоты вращения мотора. А вот у бесколлекторной модели устройств основным источником помех можно назвать ШИМ силовых ключей, частота которого постоянна.

3. Требуется больше проводов для подключения. Если устройство работает в сложных условиях, то рекомендуется вынести управляющую электронику на большое расстояние. В таком случае каждая дополнительная цепь для подсоединения устройства требует наличия дополнительных жил в кабеле, что увеличивает его массу и габариты.

4. Отличный отвод тепла от обмотки. Последняя надежно закреплена на статоре и поэтому возможно обеспечить ее хороший тепловой контакт вместе с корпусом (корпус передает тепло, появляющееся в устройстве, в окружающую среду). У бесколлекторного мотора тепловой контакт с корпусом значительно лучше, чем у коллекторного электродвигателя.

5. Повышенная мощность. Это следствие высокой скорости вращения.

6. Большая скорость вращения. Коллекторные двигатели отличаются тем, что они имеют ограниченную скорость перемещения щетки по коллектору. Предельная скорость существенно ограничена. Бесколлекторные электродвигатели не имеют такого ограничения. Благодаря этому они могут работать на скоростях до нескольких сотен тысяч оборотов в минуту.

7. Сложная схема управления. Для управления коллекторным мотором нужен источник питания, а для бесколлекторного такой подход не подойдет (ему требуется контроллер).

8. Нет нужды в обслуживании коллекторного узла. Это актуально для моторов крупных и средних габаритов.

9. Надежность (по причине отсутствия коллектора). Это и есть главное отличие бесколлекторных двигателей.

Бесколлекторные модели устройств получили широкое применение в областях, где их технические характеристики дают им преимущество перед устройствами других типов (к примеру, там, где требуется скорость до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту).

Похожее

%d0%b1%d0%b5%d1%81%d0%ba%d0%be%d0%bb%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%82%d0%be%d1%80%d0%bd%d1%8b%d0%b9%20%d1%8d%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%82%d1%80%d0%be%d0%b4%d0%b2%d0%b8%d0%b3%d0%b0%d1%82%d0%b5%d0%bb%d1%8c — со всех языков на все языки

Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────Айнский языкАканАлбанскийАлтайскийАрабскийАрагонскийАрмянскийАрумынскийАстурийскийАфрикаансБагобоБаскскийБашкирскийБелорусскийБолгарскийБурятскийВаллийскийВарайскийВенгерскийВепсскийВерхнелужицкийВьетнамскийГаитянскийГреческийГрузинскийГуараниГэльскийДатскийДолганскийДревнерусский языкИвритИдишИнгушскийИндонезийскийИнупиакИрландскийИсландскийИтальянскийЙорубаКазахскийКарачаевскийКаталанскийКвеньяКечуаКиргизскийКитайскийКлингонскийКомиКомиКорейскийКриКрымскотатарскийКумыкскийКурдскийКхмерскийЛатинскийЛатышскийЛингалаЛитовскийЛюксембургскийМайяМакедонскийМалайскийМаньчжурскийМаориМарийскийМикенскийМокшанскийМонгольскийНауатльНемецкийНидерландскийНогайскийНорвежскийОрокскийОсетинскийОсманскийПалиПапьяментоПенджабскийПерсидскийПольскийПортугальскийРумынский, МолдавскийСанскритСеверносаамскийСербскийСефардскийСилезскийСловацкийСловенскийСуахилиТагальскийТаджикскийТайскийТатарскийТвиТибетскийТофаларскийТувинскийТурецкийТуркменскийУдмурдскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийФарерскийФинскийФранцузскийХиндиХорватскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧеркесскийЧерокиЧеченскийЧешскийЧувашскийШайенскогоШведскийШорскийШумерскийЭвенкийскийЭльзасскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЮпийскийЯкутскийЯпонский

 

Все языкиРусскийАнглийскийИспанский────────АймараАйнский языкАлбанскийАлтайскийАрабскийАрмянскийАфрикаансБаскскийБашкирскийБелорусскийБолгарскийВенгерскийВепсскийВодскийВьетнамскийГаитянскийГалисийскийГреческийГрузинскийДатскийДревнерусский языкИвритИдишИжорскийИнгушскийИндонезийскийИрландскийИсландскийИтальянскийЙорубаКазахскийКарачаевскийКаталанскийКвеньяКечуаКитайскийКлингонскийКорейскийКрымскотатарскийКумыкскийКурдскийКхмерскийЛатинскийЛатышскийЛингалаЛитовскийЛожбанМайяМакедонскийМалайскийМальтийскийМаориМарийскийМокшанскийМонгольскийНемецкийНидерландскийНорвежскийОсетинскийПалиПапьяментоПенджабскийПерсидскийПольскийПортугальскийПуштуРумынский, МолдавскийСербскийСловацкийСловенскийСуахилиТагальскийТаджикскийТайскийТамильскийТатарскийТурецкийТуркменскийУдмурдскийУзбекскийУйгурскийУкраинскийУрдуУрумскийФарерскийФинскийФранцузскийХиндиХорватскийЦерковнославянский (Старославянский)ЧаморроЧерокиЧеченскийЧешскийЧувашскийШведскийШорскийЭвенкийскийЭльзасскийЭрзянскийЭсперантоЭстонскийЯкутскийЯпонский

Бесколлекторные двигатели | Stepmotor

Преимущества бесколлекторных двигателей
Все БД имеют высокий срок службы механических элементов. Достигнуть этого позволила ось, зафиксированная на шарикоподшипниках, исключившая из конструкции какие-либо трущийся друг об друга элементы.

Размагничивание магнитов в бесколлекторных двигателях происходит крайне медленно и составляет не более 1% в 10 лет. Таким образом вывести силовую остановку из строя можно только при перепаде напряжения в контроллере. Избежать данного развития событий позволяет защита по току в контроллере.

1. Долгий срок службы
Высокий срок службы силовой установки данного типа обусловлен неизменным режимом работы на высокой скорости. Кроме того отсутствие какого-либо трения деталей, а следовательно и отсутствие стачивания и нарушения механизмов работы положительно влияют на работу силовой установки бесколлекторного типа.

2. Высокая надежность
Срок работы бесколлекторный двигателей различного типа составляет от 20,000 часов. Чем точнее будет первичная настройка и аккуратнее его использование, тем дольше двигатель будет использоваться. Единственными элементами, ограничивающим ресурс бесколлекторного электродвигателя, являются подшипники.

3. Повышенное быстродействие, динамичность
4. Высокая точность позиционирования
5. Низкие перегревы при перегрузках
6. Пониженный уровень электромагнитных шумов
7. Высокая перегрузочная способность по моменту
8. Возможность изменения частоты вращения в широком диапазоне
9. Линейные загрузочные характеристики

Недостатки: управление бесколлекторным двигателем
Управление бесколлекторным двигателем обуществляет специальный электронный блок управления, который также называют регулятором. Он позволяет осуществлять управление оборотами двигателя, подавать напряжение и настроить вращение силовой установки.

Как правило, именно регулятор бесколлекторного двигателя «забирает» на себя основную стоимость силовой установки. Однако без электронного блока управления настроить и запустить двигатель, так же как и запрограммировать управление бесколлекторным двигателем невозможно. Именно электронное оборудование подает постоянное напряжение на определенные обмотки статора. Также значительно как электронный регулятор на стоимость БД влияют и неодимовые магниты, использующиеся в конструкции установки.

Бесколлекторные двигатели имеют достаточно сложную конструкцию, поэтому любой БД, в том числе трехфазовый (наиболее часто использующийся в производстве), имеет сложный процесс управления.

Устройство БД
В зависимости от месторасположения магнитов в силовой установке существует два типа электродвигателей: «Инраннер» – с магнитами, расположенными во внутренней части, и «Аутраннер» – с магнитами во внешней части, которые вращаются во внешней плоскости статора и обмотки.

В зависимости от требующихся характеристик в электродвигателе применяется одна или другая схема бесколлекторного двигателя. Если у двигателя малое количество полюсов и высокие обороты, то используют схему работы «Инраннер». В этом типе схемы электродвигатель одновременно выполняет функцию корпуса: поэтому непосредственно на него могут быть зафиксированы крепежные элементы.

В съеме бесколлекторного двигателя «Аутраннер» предполагаются невысокие обороты и высокий момент. Вращение в конструкции осуществляет внешняя часть. Закрепить данный тип электродвигателя можно при помощи деталей статора или за незадействованную во вращении осевую часть.

Фазы бесколлекторных двигателей
Фаза бесколлекторного двигателя обеспечивает плавность вращения магнитного поля, чем больше фаз – она же является обмоткой электродвигателя – тем более плавно осуществляется вращение. Как правило, используются трехфазовые бесколлекторные двигатели, однако существуют и одно- и двух- и четырехфазовые силовые установки. Чем больше обмотки – тем выше сложность, но и лучше показатель эффективности.

Распространенность трехфазовых электродвигателей обусловлена соотношением их эффективности к значению сложности. Обычные трехфазовые бесколлекторные двигатели имеют три провода, если же это электродвигатель с датчиками положения, то для них используется еще один комплект состоящий из пяти проводов.

Напряжение подается на две обмотки из трех, тем самым создается шесть путей подачи напряжения на обмотки. Шаг поворота составляет 60 градусов.

Бесколлекторные двигатели с датчиками положения
Если в конструкции используются нагрузки на валу установки, то следует использовать двигатель с датчиком положения. Все электродвигатели в области подъемных механизмов, а также в электротранспорте должны быть оснащены датчиками положения.

Стоит помнить, что если в конструкции при старте должны быть полностью исключены колебания оси двигателя (вращения), то обойтись без датчиков положения в силовой установке не удастся. Наиболее распространенными датчиками движения в электродвигателе являются датчики, работа которых основана на эффекте Холла. Расположение датчиков должно способствовать воздействию магнитов ротора, угол между датчиками составляет 120 градусов (электро).

Датчики положения могут быть расположены как внутри так и снаружи силовой установки. Это позволяет в некоторых случаях самостоятельно дооснастить бесколлекторные электродвигатели без встроенных датчиков положения дополнительно этими внешними датчиками.

В некоторых случаях требуется чтобы датчики работали в режиме реверса, т.е. вращались в обратном направлении, для этого следует использовать дополнительный комплект датчиков перемещения. Чтобы они заработали в режиме реверса следует настроить их на обратный ход.

Применение бесколлекторных электродвигателей
Основным преимуществом БД является отсутствие нагрева и шума во время работы и это при высокой производительности. В первую очередь бесколлекторные двигателя используются в медицинском оборудовании. Большинство современного стоматологического оборудования работает именно с помощью бесколлекторный электродвигателей, поскольку в этой области возможно использовать только тихие высокопроизводительные электромоторы без нагрева.

Наружная реклама: рекламные щиты, витрины, банеры-жалюзи с изменяющимися изображениями используют в своей конструкции бесколлекторные двигатели. В этом случае БД применяются для автоматической работы банеров и вращения конструкций.

Электронное автомобильное оборудование также не обходится без бесколлекторных двигателей. Электростеклоподъемники, «дворники» или электростеклоочистители, омыватели фар и электрорегуляторы кресел также работают при помощи БД.

Отдельно отметим нефтегазовую промышленность, в которой силовые элементы в запорном оборудовании не могут обойтись без БД, поскольку только они гарантированно не имеют искрообразующие части, использовать которые категорически запрещено в данном типе производства.

Купить бесколлектроные двигатели
Мы делаем производство простым в управлении и надежным! Бесколлекторные двигатели подходят как для автоматизации крупных производств, так и любителей электроуправляемых моделей, собрать которые можно в домашних условиях.

Наш Торговый Дом занимается розничными и оптовыми продажами мотор редукторов, шаговых двигателей, линейных двигателей, цилиндрических мотор редукторов, а также бесколлекторных двигателей. Мы осуществляем полный цикл продажи от первичной консультации по требующемуся оборудованию до ее внедрения и установки на вашем производстве.

Мы всегда готовы предоставить вам бесплатную подробную консультацию по новинкам, появившимся на рынках мира, и подобрать для вас подходящий вариант силовой установки или другого оборудования. Мы работаем с самыми крупными поставщиками из Азии, Европы и СНГ, поэтому предлагаем для вас самые доступные цены на силовое оборудование.

Если вы хотите купить бесколлекторный двигатель для робототехники или автоматического управления, то можете оставить запрос на сайте Торгового Дома «Степмотор» или связаться с нами по бесплатному номеру телефона по России: 8 800 5555 068.

Инструменты

с бесщеточными двигателями — сравнение бесщеточных и щеточных двигателей

В мире электроинструментов бесщеточные двигатели в моде. Хотя эта технология не совсем нова, в последние годы она приобрела популярность благодаря некоторым громким релизам Makita, Milwaukee, DeWalt и других.

🛠Вы любите ремонтировать. Мы любим чинить вещи. Давай сделаем это вместе.

«Бесщеточные двигатели существуют с 1960-х годов, используются в промышленных и производственных приложениях для [двигателей, приводящих в движение] конвейерные ленты», — говорит Кристиан Кулис, старший вице-президент по управлению продуктами в Milwaukee Tools, Popular Mechanics .

Makita, однако, была первой компанией, использовавшей их в электроинструментах. «[Это было] впервые в нашем сборочном подразделении в 2003 году для оборонной и аэрокосмической промышленности, а затем снова в 2009 году, когда мы выпустили бесщеточный трехскоростной ударный драйвер», — рассказал Pop Mech Уэйн Харт, менеджер по коммуникациям Makita.

Производители заявляют, что бесщеточные инструменты повысили производительность и долговечность и что они умнее, чем средний инструмент. Так в чем же именно заключается технология, лежащая в основе этих новых двигателей?

Принцип работы щеточных двигателей старой школы

Традиционный щеточный двигатель состоит из четырех основных частей: угольных щеток, кольца магнитов, якоря и коммутатора. Магниты и щетки неподвижны, а якорь и коммутатор вращаются вместе на валу двигателя внутри магнитов.

Макита

Когда двигатель находится под напряжением, заряд проходит от батареи через щетки в коммутатор. (Щетки подпружинены для поддержания физического контакта с коммутатором.) Коммутатор затем передает заряд на якорь, который состоит из медных обмоток (они выглядят как пучки медных проводов).Обмотки намагничиваются зарядом и толкаются к неподвижному кольцу магнитов, которые его окружают, заставляя узел якоря вращаться. Вращение не прекращается, пока не прекратится заряд от аккумулятора.

Как работают бесщеточные двигатели

Бесщеточный двигатель теряет щетки и коллектор. А расположение магнитов и обмоток поменялось местами: магниты находятся на валу обычного двигателя, а медные обмотки якоря закреплены и окружают вал.Вместо щеток и коммутатора небольшая печатная плата координирует подачу энергии к обмоткам.

Поскольку электроника напрямую связывается со стационарными обмотками, инструмент настраивается в соответствии с задачей — вот почему компании позиционируют их как «более умные» инструменты. Например, если вы используете бесщеточную дрель для ввинчивания шурупов в пенополистирол, она с большей готовностью определяет отсутствие сопротивления (по сравнению с щеточным двигателем) и начинает извлекать из аккумулятора только тот небольшой заряд, который ему нужен.Если затем инструмент начнет заворачивать 3-дюймовые винты в красное дерево, он соответствующим образом отрегулирует и потребляет больше тока. Напротив, щеточный двигатель всегда будет работать с максимальной скоростью во время использования.

---

Инструменты, необходимые для выполнения работы:

Дрель-шуруповерт DeWalt

DEWALT walmart.com

349,77 долл. США

Сабельная пила Ridgid

Риджид амазонка.ком

139,99 долл. США

Угловая шлифовальная машина Makita

Макита amazon. com

Циркулярная пила Milwaukee

МИЛЬВОКИ amazon.com

443,99 долл. США

---

Кроме того, бесщеточные двигатели могут быть в целом более мощными. Поскольку медные обмотки находятся снаружи двигателя, есть место для их увеличения.Бесщеточные двигатели также не имеют трения и падения напряжения, которые создают щетки при движении по вращающемуся коммутатору. Этот физический контакт приводит к постоянной потере энергии во время рабочего процесса.

Чистая прибыль — инструмент с большей эффективностью и более прочными двигателями. Само собой разумеется, что к концу года в каждом электроинструменте будет установлен бесщеточный двигатель, не так ли? «Это не шанс», — говорит Кулис из Милуоки.

«Хотя преимущества бесщеточной технологии огромны, производители сталкиваются с чрезвычайно высокими ценовыми барьерами из-за дополнительных затрат на двигатель и электронику, которые необходимы для правильного управления двигателем», — говорит она. Другими словами, они дороги, и поэтому бесщеточные двигатели лучше подходят для профессионалов, которые могут выложить большие деньги за инструмент, который они собираются использовать каждый день. Бесщеточные инструменты примерно на 30 процентов дороже в производстве, чем стандартные аккумуляторные инструменты, а батареи для их питания обычно недоступны для большинства домашних мастеров.

Но по мере совершенствования аккумуляторных технологий и совершенствования конструкции инструментов покупатели начнут видеть все больше и больше бесщеточных инструментов в своих местных центрах.Они здесь, чтобы остаться, но, вероятно, пройдет некоторое время, прежде чем технология перейдет на все электроинструменты для домашних мастеров на выходных.

---

Смотреть это:

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano. io.

Сравнение бесщеточных двигателей

и щеточных двигателей

Электродвигатель постоянного тока — одна из самых фундаментальных машин за последние 200 лет.Этот электродвигатель использует постоянный ток для создания вращательного движения и позволяет конструкторам создавать электроинструменты, мобильное оборудование, компьютерные компоненты и другие бесценные приложения с батарейным питанием. Это класс, отличный от двигателей переменного тока, которые столь же многочисленны, но имеют разные преимущества (подробнее см. В нашей статье о синхронных двигателях и асинхронных двигателях). Класс двигателей постоянного тока в целом разделен на щеточные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока, и эта статья поможет тем, кто хочет понять, что отличает один двигатель постоянного тока от другого.Основные принципы, лежащие в основе обоих типов двигателей постоянного тока, будут объяснены, а затем сравнены, чтобы показать, где каждая машина работает лучше всего в отрасли.

Щеточные двигатели

Щеточные электродвигатели постоянного тока (часто называемые просто «щеточные электродвигатели») — одни из самых старых электродвигателей, в которых для выработки механической энергии используется постоянный ток с механической коммутацией. Легче всего понять, как работает щеточный двигатель, показывая его различные компоненты, а на рисунке 1 показана основная принципиальная схема щеточного двигателя:

Рис. 1: Принципиальная электрическая схема щеточных двигателей постоянного тока.Обратите внимание, что поле статора не обязательно подключено к цепи; его источник питания и ориентация — главное отличие между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока.

Эти двигатели, как следует из их названия, используют щетки для подключения источника постоянного тока к ротору в сборе, который представляет собой компонент двигателя, содержащий якорь, коллекторные кольца и выходной вал. Статор или внешний корпус двигателя содержит поле постоянного магнита, создаваемое либо постоянным магнитом, либо некоторой неподвижной катушкой электромагнита (показанной на Рисунке 1 как «поле статора»). Постоянное магнитное поле имеет полюса (магнитные пары север-юг), и силовые линии их магнитного поля непрерывно проходят через весь роторный узел. Этот узел получает питание, когда щетки зажимают кольца коммутатора, которые направляют ток через якорь и его обмотки. Когда ток проходит через эти катушки, якорь становится собственным электромагнитом и взаимодействует с постоянными полюсами поля статора. Поскольку узел ротора может свободно вращаться, генерируемое поле якоря будет, следовательно, отталкивать поле статора, вызывая вращение вала.Это вращение пропорционально токам возбуждения якоря и статора, и изменение этих токов приведет к различным выходным характеристикам.

На рисунке 1 намеренно неясно, как подключено поле статора; Это связано с тем, что определенные типы двигателей постоянного тока соединяют обмотки возбуждения статора в различных схемах, чтобы произвести различные двигательные эффекты. Чтобы узнать об этих вариациях, ознакомьтесь с нашими статьями о двигателях постоянного тока с последовательной обмоткой и шунтирующих двигателях постоянного тока.

Двигатели постоянного тока

относительно недороги, просты в управлении и ремонте и представлены в сотнях форм, идеально подходящих для многих сред, особенно экстремальных.Некоторые щеточные двигатели также могут питаться от переменного тока, например универсальные двигатели, что придает этим машинам дополнительную универсальность в применении. Несмотря на это, щеточные двигатели широко используются в течение многих лет и, хотя и не так сложны, как некоторые более новые двигатели, по-прежнему обеспечивают питание для многих приложений сегодня.

Бесщеточные двигатели постоянного тока

В отличие от щеточных двигателей, бесщеточные двигатели постоянного тока (двигатели BLDC), что неудивительно, не генерируют движение с помощью щеток. Вместо этого они берут постоянное магнитное поле, обычно находящееся в статоре щеточного двигателя, и помещают его вокруг ротора в виде настоящих магнитов.Статоры двигателей BLDC состоят из электромагнитных катушек (размещенных попарно вокруг ротора), которые электрически включаются и выключаются через электрическую систему управления. При включении пара полюсов притягивает постоянные полюса ротора, заставляя его повернуться в свое выровненное положение. Если полюса статора последовательно включаются и выключаются, то оператор может заставить ротор вращаться с некоторой желаемой частотой; Другими словами, электрическое включение и выключение полюсов статора заставит ротор вращаться, создавая механическую энергию.Эта электрическая коммутация имитирует вращающееся магнитное поле (RMF), характерное для типичных трехфазных двигателей переменного тока, но позволяет пользователю определять скорость двигателя, крутящий момент и положение двигателя BLDC. Операторам предоставляется ряд полезных скоростей и крутящих моментов, синхронных с входной частотой, все за счет регулировки величины и направления протекания постоянного тока через катушки статора.

Хотя электродвигатели BLDC проще в конструкции, они требуют электрической коммутации вместо механической коммутации, характерной для щеточных электродвигателей.Они должны использовать датчики для постоянного определения углового положения выходного вала и должны иметь контроллер для переключения тока в нужное время. Электрическая коммутация увеличивает сложность этих двигателей, но также снижает потребность в обслуживании щеток, повреждении трением и нежелательной вибрации / шуме, которые часто встречаются в щеточных двигателях. Кроме того, они намного более эффективны, обладают высокой динамической реакцией и работают с множеством различных скоростей, что делает их особенно подходящими для непрерывных приложений с регулируемой скоростью.Чтобы узнать больше об этих двигателях, прочитайте нашу статью о бесщеточных двигателях постоянного тока.

Сравнение бесщеточных и щеточных двигателей постоянного тока

В этой статье сравниваются определенные категории, общие для обоих типов двигателей постоянного тока, чтобы показать явные преимущества каждой конструкции. Таблица 1 показывает эти сравнения; обратите внимание, что они являются обобщенными, поскольку оба этих типа двигателей бывают разных размеров, и поэтому их сложно сравнивать численно.

Таблица 1: Сравнение щеточных двигателей и бесщеточных двигателей.

Характеристики	Щеточные двигатели	Бесщеточные двигатели
Сложность	Простой	Комплекс
Кривая скорости / крутящего момента	Умеренно плоский / линейный	Плоское / линейное
Плотность мощности	Среднее значение	Высокая
КПД	Среднее значение	Высокая
Диапазон скоростей	Низкий / Нет	Высокая
Срок службы	Среднее значение	Длинный
Стоимость	Низкая	Высокая

Сложность двигателей BLDC увеличивает не только их рабочие характеристики, но и их стоимость. Хотя из таблицы 1 ясно, что двигатели BLDC превосходят щеточные двигатели почти во всех категориях, это происходит потому, что они реализуют сложные электрические контроллеры, которые резко увеличивают их цену. Кроме того, несмотря на то, что они имеют более высокий средний срок службы, чем щеточные двигатели из-за отсутствия обслуживания щеток, их сложнее и дороже ремонтировать, когда они действительно выходят из строя из-за своей сложности. Покупатели должны определить, отрицательно ли повлияет сложность двигателя BLDC на их проект.

Кривая скорость / крутящий момент двигателя показывает зависимость крутящего момента от скорости. Для двигателей постоянного тока эта кривая обычно представляет собой прямую линию, что означает, что крутящий момент изменяется линейно со скоростью. Двигатели BLDC и их кривые крутящий момент / скорость чрезвычайно линейны, поскольку их электрическая коммутация позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент.

Плотность мощности двигателя описывает его номинальную мощность в л. с. или кВт по сравнению с его геометрическим объемом. Это значение полезно для приложений, которые требуют высокой скорости / крутящего момента в небольшом корпусе (например, электроинструменты, стиральные машины и т. Д.). Двигатели BLDC имеют более высокую удельную мощность, поскольку они обеспечивают высокий крутящий момент в состоянии покоя, который может поддерживаться более эффективно, чем в щеточных двигателях постоянного тока.

Щетки и механические коллекторные кольца снижают общую эффективность щеточных двигателей, поскольку больше энергии теряется на тепло и трение. В двигателях BLDC эти детали не используются, и они более эффективны при преобразовании постоянного тока в механическую энергию. Их электрические схемы управления также могут оптимизировать энергопотребление, что позволяет экономить энергию, которая не расходуется на двигатель, когда он не используется / в приложениях с низким энергопотреблением.

Диапазон скоростей щеточных двигателей постоянного тока несравним с тем, что может выполнить двигатель BLDC. В то время как щеточные двигатели имеют различные диапазоны скоростей, электрическая коммутация, присутствующая в двигателях BLDC, позволяет им обеспечивать гораздо больший диапазон скоростей.

Двигатели с щеткой обычно рассчитаны на срок службы щеток, поэтому операторы знают, когда их необходимо заменить. Поскольку в них используются механические коммутаторы и щетки, существует риск искрения, а также поломки, что сокращает срок службы щеточных двигателей.Двигатели BLDC служат намного дольше, так как нет трения или необходимости в периодическом обслуживании, а также нет риска искрообразования. Срок службы щеточных двигателей можно увеличить с помощью частых профилактических или плановых проверок, но они могут быть утомительными, если существует альтернатива, практически не требующая обслуживания. Хотя оба типа двигателей считаются надежными, у двигателей с BLDC меньше риск выхода из строя.

Может показаться, что щеточные двигатели — просто худший вариант, чем двигатели BLDC, и это была бы правильная оценка — если бы не цена. Щеточные двигатели не только намного дешевле в расчете на единицу, чем двигатели BLDC того же размера, но и затраты на их установку также довольно низки. Щеточные двигатели также не требуют электрических систем управления, которые часто бывают более дорогими, чем двигатели BLDC, которые в них нуждаются. Таким образом, хотя двигатели BLDC в целом обеспечивают больше преимуществ, они делают это буквально за небольшую плату. Если стоимость является важной спецификацией (а она всегда должна быть), следует рассмотреть в первую очередь щеточные двигатели, прежде чем рассматривать конструкции BLDC.

Оба этих двигателя неоценимы в различных продуктах, начиная от автомобилей, компьютеров, игрушек, производства и т. Д., Поэтому есть множество вариантов при поиске двигателя постоянного тока. Просто убедитесь, что вы понимаете преимущества и риски использования любой из этих машин, и используйте спецификации проекта, чтобы определить, какая из них лучше всего подходит.

Сводка

В этой статье представлено краткое сравнение бесщеточных двигателей постоянного тока и щеточных двигателей постоянного тока. Для получения информации о других продуктах обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

1. http://srjcstaff.santarosa.edu/~lwillia2/2B/2Bch30.pdf
2. https://itp.nyu.edu/physcomp/lessons/dc-motors/dc-motors-the-basics/
3. http://www.ece.uah.edu/courses/material/EE410-Wms2/Electric%20motors.pdf
4. https://www.monolithicpower.com
5. https://www.top-ee.com/applications-of-dc-motor/

Прочие изделия из двигателей

Другие товары от Machinery, Tools & Supplies

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока?

Двигатели постоянного тока

можно разделить на щеточные и бесщеточные.Щеточные двигатели постоянного тока оснащены коммутатором и щетками, тогда как бесщеточные двигатели постоянного тока используют электронную схему вместо этих частей. В чем разница между этими двумя типами двигателей постоянного тока?
На этой странице объясняются различия между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока и описываются их преимущества и недостатки. Для получения дополнительной информации о двигателях постоянного тока в целом посетите следующую страницу.

Что такое двигатель постоянного тока? — Особенности и механизмы

Применения для щеточных и бесщеточных двигателей постоянного тока

Двигатели постоянного тока

используются в широком диапазоне применений, от привычных бытовых приборов до крупных промышленных предприятий.В частности, щеточные двигатели постоянного тока являются одними из наиболее широко используемых среди всех типов электродвигателей, от двигателей в игрушечных моделях до двигателей вспомогательных транспортных средств. Бесщеточные двигатели постоянного тока также имеют широкий спектр применения, в том числе в качестве компонентов жестких дисков, используемых для хранения данных на ПК, а также в кондиционерах, холодильниках и других бытовых приборах.

Выбор типа двигателя зависит не только от области применения, но и от таких факторов, как стоимость и обслуживание. С точки зрения цены потребность в электронной схеме означает, что бесщеточные двигатели постоянного тока обычно имеют более высокую общую стоимость, чем щеточные двигатели постоянного тока.

С другой стороны, бесщеточные двигатели постоянного тока

имеют более длительный срок службы, поскольку у них отсутствуют щетки и коммутатор, которые находятся в постоянном контакте друг с другом в щеточном двигателе, и они изнашиваются от трения. Они также не создают электрических и акустических шумов, возникающих при этом контакте. Это приводит к тому, что они широко применяются, когда вы хотите уменьшить частоту обслуживания, связанного с регулярной заменой деталей, или в приложениях, требующих бесшумной работы.

Коллектор и щетки на щеточных двигателях постоянного тока изнашиваются, что приводит к их более короткому сроку службы, чем у бесщеточных двигателей постоянного тока. Тем не менее, щеточные электродвигатели постоянного тока иногда выбирают в приложениях, где целью является снижение начальной стоимости и возможность их замены в качестве расходных деталей.

Что такое щеточный двигатель постоянного тока?

В щеточном двигателе постоянного тока катушка расположена в роторе, который вращается в магнитном поле двигателя. Это вращение вызывает изменение направления тока в катушке, когда коммутатор контактирует с альтернативными щетками. Именно это изменение направления тока в катушке заставляет ротор продолжать вращаться, тем самым приводя в движение двигатель.

Щеточные двигатели постоянного тока подразделяются на двигатели с постоянным магнитом и электродвигатели с электромагнитом в зависимости от типа магнита, используемого для создания магнитного поля.

Щеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами подразделяются на двигатели с прорезями, без паза и без сердечника в зависимости от конфигурации якоря (ротора).

Электромагнитные электродвигатели постоянного тока используют электромагниты для генерации магнитного потока вместо постоянного магнита. Эта конфигурация используется для двигателей со средней и высокой мощностью.Далее они делятся на двигатели с распределенной обмоткой, с последовательной обмоткой и двигатели с независимым возбуждением.

Преимуществами щеточных двигателей являются их простая конфигурация и способность работать без электронной схемы привода в приложениях, где регулирование скорости не требуется.

Их недостаток в том, что их щетки и коммутатор являются расходными частями, которые требуют регулярной замены. Щетки также создают электрический и акустический шум.

Что такое бесщеточный двигатель постоянного тока?

В бесщеточном двигателе постоянного тока нет необходимости в коммутаторе и щетках, поскольку в роторе установлены постоянные магниты.Вращение ротора поддерживается за счет определения положения магнитных полюсов ротора и соответствующего переключения электрического тока, протекающего через катушки.

Для этого требуется приводная схема, поскольку ротор не будет вращаться при простом подключении двигателя к источнику питания.

Бесщеточные двигатели постоянного тока подразделяются на двигатели с поверхностными постоянными магнитами (SPM), в которых постоянные магниты прикреплены к внешней окружности ротора, и двигатели с внутренними постоянными магнитами (IPM), в которых они встроены во внутреннюю часть ротора.

Из-за отсутствия щеток и коммутатора, которые используются в щеточных двигателях постоянного тока, преимущества бесщеточных двигателей постоянного тока включают более простое обслуживание благодаря более длительному сроку службы и бесшумную работу по сравнению с щеточными двигателями постоянного тока.

Факторы, которые следует учитывать при выборе между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока

Хотя оба они используют источник питания постоянного тока, щеточные и бесщеточные двигатели постоянного тока имеют разные характеристики и конфигурации. Щеточные двигатели постоянного тока могут быть выбраны там, где необходимость в регулярной замене расходных материалов не является проблемой.

Бесщеточные двигатели постоянного тока, поскольку для них не требуются щетки и коммутатор, имеют более длительный срок службы и, следовательно, более просты в обслуживании, чем щеточные двигатели постоянного тока, а также отличаются бесшумной работой.

Выбор двигателя зависит от того, какие факторы важны для применения, и должен быть сделан на основе полного понимания их сравнительных характеристик и характеристик.

Преодоление проблем с бесщеточными двигателями постоянного тока

ASPINA поставляет не только автономные двигатели, но и системные продукты, которые включают в себя системы привода и управления, а также механическую конструкцию.Они подкреплены всесторонней поддержкой, которая простирается от прототипирования до коммерческого производства и послепродажного обслуживания.
ASPINA может предложить решения, адаптированные к функциям и характеристикам, требуемым для различных отраслей, приложений и продуктов клиентов, а также для конкретных производственных условий.

ASPINA поддерживает не только клиентов, которые уже знают свои требования или спецификации, но и тех, кто сталкивается с проблемами на ранних этапах разработки.
Вы боретесь со следующими проблемами?

Выбор двигателя

• У вас еще нет подробных спецификаций или чертежей, но нужна консультация по двигателям?
• У вас нет сотрудников, имеющих опыт работы с двигателями, и вы не можете определить, какой двигатель лучше всего подойдет для вашего нового продукта?

Разработка двигателей и сопутствующих компонентов

• Хотите сосредоточить свои ресурсы на основных технологиях и передать на аутсорсинг приводные системы и разработку двигателей?
• Хотите сэкономить время и силы, связанные с изменением конструкции существующих механических компонентов при замене двигателя?

Уникальное требование

• Нужен нестандартный двигатель для вашего продукта, но ваш обычный поставщик отказался от него?
• Не можете найти двигатель, который дает вам необходимый контроль, и вот-вот теряете надежду?

Ищете ответы на эти проблемы? Свяжитесь с ASPINA, мы здесь, чтобы помочь.

Коммутирующий энкодер

| Quantum Devices, Inc.

27 августа 2014 г.

В чем разница между бесщеточным двигателем с переключаемым энкодером и щеточным двигателем?

Ну щетки конечно. А без щеток — необходимость в коммутирующем энкодере для токоведущей.

Ага, но что значит , что ?

Принцип внутренней работы как бесщеточного двигателя постоянного тока, так и щеточного двигателя постоянного тока практически одинаков.Когда обмотки двигателя находятся под напряжением, создается временное магнитное поле, которое отталкивается и / или притягивается к постоянным магнитам. Эта сила преобразуется во вращение вала, что позволяет двигателю выполнять работу. Когда вал вращается, электрический ток направляется к разным наборам обмоток, поддерживая электродвижущее отталкивание / притяжение, заставляя ротор непрерывно вращаться.

Различия в конструкции

Щетки внутри электродвигателей используются для подачи тока на обмотки электродвигателя через контакты коммутатора. Бесщеточные двигатели не имеют этих токоведущих коммутаторов. Поле внутри бесщеточного двигателя переключается через усилитель, запускаемый коммутирующим энкодером, например оптическим энкодером.

Обмотки находятся на роторе (вращающаяся часть двигателя) для щеточных двигателей и на статоре (неподвижная часть двигателя) для бесщеточных двигателей.

Щеточный двигатель: обмотки на роторе, магниты на статоре

За счет размещения обмоток на внешней неподвижной части электродвигателя необходимость в щетках может быть устранена.

Бесщеточный двигатель: обмотки на статоре, магниты на роторе

Есть сведения о щеточных двигателях, впервые разработанных в 1830-х годах Майклом Фарадеем.

Щеточный двигатель Преимущества:

Упрощенная проводка: двигатели щеток могут быть подключены напрямую к источнику постоянного тока, а управление может быть простым, как переключатель

Низкая стоимость

Brushed Motor Недостатки:

Менее эффективный

Электрически зашумлены: переключающее действие коммутаторов, постоянно создающих и размыкающих индуктивные цепи, создает большое количество электрических и электромагнитных помех.

Срок службы: поскольку они постоянно находятся в физическом контакте с валом, щетки и коммутаторы изнашиваются

Показаны щетки и коммутаторы

Показаны моторные щетки со снятым ротором

Бесщеточный двигатель с коммутирующим энкодером Преимущества:

Длительный срок службы: нет износа щеток
Низкие затраты на обслуживание: замена щеток не требуется
Высокая эффективность

Бесщеточный двигатель с коммутирующим энкодером Недостатки:

Высокая начальная стоимость: необходимость в коммутационном устройстве, таком как бесколлекторный энкодер двигателя постоянного тока и привод или контроллер

Статор бесщеточного двигателя

Ротор бесщеточного двигателя

Бесщеточный двигатель против эффективности щеточного двигателя:

Бесщеточные двигатели обычно имеют КПД 85-90%, тогда как щеточные двигатели постоянного тока имеют КПД около 75-80%.

Эта разница в эффективности означает, что большая часть общей мощности, используемой двигателем, превращается в силу вращения и меньше теряется в виде тепла.

Джим — инженер по приложениям в компании Quantum Devices Inc., ведущем производителе инкрементальных энкодеров.

Вы можете купить энкодеры онлайн прямо в нашем магазине. Если вы производитель бесщеточных двигателей, которому требуется коммутирующий энкодер, свяжитесь с Quantum Devices сегодня для получения индивидуального предложения.

Конструктивные отличия:

Что такое бесщеточные двигатели постоянного тока

Понимание принципа и применения высокоэффективных двигателей: 1 из 3

Двигатель преобразует подаваемую электрическую энергию в механическую. Обычно используются различные типы двигателей. Среди них бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) отличаются высоким КПД и отличной управляемостью и широко используются во многих приложениях. Двигатель BLDC имеет преимущества в энергосбережении по сравнению с двигателями других типов.

Двигатели силовые агрегаты

Когда инженеры сталкиваются с проблемой проектирования электрического оборудования для выполнения механических задач, они могут подумать о том, как электрические сигналы преобразуются в энергию. Таким образом, исполнительные механизмы и двигатели относятся к устройствам, преобразующим электрические сигналы в движение. Двигатели обменивают электрическую энергию на механическую.

Самый простой тип двигателя — щеточный двигатель постоянного тока. В этом типе двигателя электрический ток проходит через катушки, которые расположены в фиксированном магнитном поле.Ток создает магнитные поля в катушках; это заставляет узел катушки вращаться, поскольку каждая катушка отталкивается от аналогичного полюса и тянется к противоположному полюсу фиксированного поля. Чтобы поддерживать вращение, необходимо постоянно реверсировать ток — так, чтобы полярность катушки постоянно менялась, заставляя катушки продолжать «преследовать» разные фиксированные полюса. Питание катушек подается через неподвижные токопроводящие щетки, которые контактируют с вращающимся коммутатором; именно вращение коммутатора вызывает изменение направления тока в катушках.Коммутатор и щетки являются ключевыми компонентами, отличающими щеточный двигатель постоянного тока от других типов двигателей. На рисунке 1 показан общий принцип работы щеточного двигателя.

Рисунок 1: Работа щеточного двигателя постоянного тока.

Неподвижные щетки подают электроэнергию на вращающийся коммутатор. Когда коммутатор вращается, он постоянно меняет направление тока в катушках, меняя полярность катушек, так что катушки поддерживают правое вращение.Коммутатор вращается, потому что он прикреплен к ротору, на котором установлены катушки.

Общие типы двигателей

Двигатели

различаются по типу мощности (переменного или постоянного тока) и способу создания вращения (Рисунок 2). Ниже мы кратко рассмотрим особенности и способы использования каждого типа.

Рисунок 2: Различные типы двигателей

Электродвигатели постоянного тока

с щеткой, отличающиеся простой конструкцией и легким управлением, широко используются для открывания и закрывания лотков для дисков.В автомобилях они часто используются для втягивания, выдвижения и установки боковых окон с электроприводом. Низкая стоимость этих двигателей делает их пригодными для многих применений. Однако одним из недостатков является то, что щетки и коммутаторы имеют тенденцию к относительно быстрому износу в результате их постоянного контакта, что требует частой замены и периодического обслуживания.

Шаговый двигатель приводится в действие импульсами; он поворачивается на определенный угол (шаг) с каждым импульсом. Поскольку вращение точно контролируется количеством полученных импульсов, эти двигатели широко используются для выполнения позиционных регулировок.Они часто используются, например, для управления подачей бумаги в факсимильных аппаратах и ​​принтерах, поскольку эти устройства подают бумагу с фиксированными шагами, которые легко коррелируют с количеством импульсов. Паузу также можно легко контролировать, поскольку вращение двигателя мгновенно прекращается при прерывании импульсного сигнала.

В синхронных двигателях вращение синхронно с частотой питающего тока. Эти двигатели часто используются для привода вращающихся противней в микроволновых печах; редукторы в моторном блоке можно использовать для получения подходящей скорости вращения для нагрева пищи.Скорость вращения асинхронных двигателей также зависит от частоты; но движение не синхронное. В прошлом эти двигатели часто использовались в электрических вентиляторах и стиральных машинах.

Обычно используются различные типы двигателей. На этом занятии мы рассмотрим преимущества и применение бесщеточных двигателей постоянного тока.

Почему двигатели BLDC вращаются?

Как следует из названия, в бесщеточных двигателях постоянного тока щетки не используются. В щеточных двигателях щетки подают ток через коммутатор в катушки на роторе.Так как же бесщеточный двигатель передает ток на катушки ротора? Это не так — потому что катушки не расположены на роторе. Вместо этого ротор представляет собой постоянный магнит; Катушки не вращаются, а вместо этого фиксируются на статоре. Поскольку катушки не двигаются, нет необходимости в щетках и коммутаторе. (См. Рисунок 3.)

В щеточном двигателе вращение достигается за счет управления магнитными полями, создаваемыми катушками на роторе, в то время как магнитное поле, создаваемое неподвижными магнитами, остается фиксированным.Чтобы изменить скорость вращения, вы меняете напряжение на катушках. В двигателе BLDC вращается постоянный магнит; вращение достигается за счет изменения направления магнитных полей, создаваемых окружающими неподвижными катушками. Чтобы контролировать вращение, вы регулируете величину и направление тока в этих катушках.

Рисунок 3: Двигатель BLDC.

Поскольку ротор представляет собой постоянный магнит, ему не нужен ток, что устраняет необходимость в щетках и коммутаторе.Ток в неподвижных катушках контролируется извне.

Преимущества двигателей BLDC

Двигатель BLDC с тремя катушками на статоре будет иметь шесть электрических проводов (по два на каждую катушку), отходящих от этих катушек. В большинстве реализаций три из этих проводов будут соединены внутри, а три оставшихся провода отходят от корпуса двигателя (в отличие от двух проводов, отходящих от щеточного двигателя, описанного ранее). Электропроводка в корпусе двигателя BLDC более сложна, чем просто соединение положительной и отрицательной клемм силового элемента; мы более подробно рассмотрим, как работают эти двигатели, во второй части этой серии.В заключение мы рассмотрим преимущества двигателей BLDC.

Одним из больших преимуществ является эффективность, так как эти двигатели могут непрерывно управлять с максимальной силой вращения (крутящим моментом). Щеточные двигатели, напротив, достигают максимального крутящего момента только в определенных точках вращения. Для того, чтобы щеточный двигатель обеспечивал такой же крутящий момент, как и бесщеточная модель, необходимо использовать более крупные магниты. Вот почему даже небольшие двигатели BLDC могут обеспечивать значительную мощность.

Второе большое преимущество — связанное с первым — это управляемость. Двигателями BLDC можно управлять с помощью механизмов обратной связи, чтобы обеспечить точный требуемый крутящий момент и скорость вращения. Прецизионное управление, в свою очередь, снижает потребление энергии и тепловыделение, а в случаях, когда двигатели питаются от батареи, увеличивает срок ее службы.

Двигатели

BLDC также отличаются высокой прочностью и низким уровнем электрического шума благодаря отсутствию щеток. В щеточных двигателях щетки и коллектор изнашиваются в результате постоянного движущегося контакта, а также образуют искры в местах контакта.Электрический шум, в частности, является результатом сильных искр, которые имеют тенденцию возникать в областях, где щетки проходят через зазоры в коммутаторе. Вот почему двигатели BLDC часто считаются предпочтительными в приложениях, где важно избегать электрических шумов.

Идеальное применение для двигателей BLDC

Мы убедились, что двигатели BLDC обладают высокой эффективностью и управляемостью, а также имеют длительный срок службы. Так для чего они нужны? Благодаря своей эффективности и долговечности они широко используются в устройствах, которые работают непрерывно.Они давно используются в стиральных машинах, кондиционерах и другой бытовой электронике; а в последнее время они появляются в вентиляторах, где их высокая эффективность способствовала значительному снижению энергопотребления.

Они также используются для привода вакуумных машин. В одном случае изменение программы управления привело к значительному скачку скорости вращения — пример превосходной управляемости, обеспечиваемой этими двигателями.

Двигатели

BLDC также используются для вращения жестких дисков, где их надежность обеспечивает надежную работу приводов в течение длительного времени, а их энергоэффективность способствует снижению потребления энергии в той области, где это становится все более важным.

На пути к более широкому использованию в будущем

Мы можем ожидать, что в будущем двигатели BLDC будут использоваться в более широком диапазоне приложений. Например, они, вероятно, будут широко использоваться для управления сервисными роботами — небольшими роботами, которые предоставляют услуги не только в производстве, но и в других областях. Можно подумать, что шаговые двигатели больше подходят для этого типа приложений, где для точного управления позиционированием можно использовать импульсы. Но двигатели BLDC лучше подходят для управления силой.А с шаговым двигателем, чтобы удерживать такую ​​конструкцию, как рука робота, потребуется относительно большой и непрерывный ток. Для двигателя BLDC все, что потребуется, — это ток, пропорциональный внешней силе, что обеспечивает более энергоэффективное управление. Двигатели BLDC могут также заменить простые щеточные двигатели постоянного тока в тележках для гольфа и мобильных тележках. Помимо большей эффективности, двигатели BLDC также могут обеспечивать более точное управление, что, в свою очередь, может еще больше продлить срок службы батарей.

Двигатели

BLDC также идеально подходят для дронов. Их способность обеспечивать точное управление делает их особенно подходящими для многороторных беспилотных летательных аппаратов, где положение беспилотника регулируется путем точного управления скоростью вращения каждого ротора.

На этом занятии мы увидели, как двигатели BLDC обеспечивают превосходную эффективность, управляемость и долговечность. Но тщательный и надлежащий контроль необходим для полного использования потенциала этих двигателей. На следующем занятии мы рассмотрим, как работают эти двигатели.

Список модулей

1. Что такое бесщеточные двигатели постоянного тока
2. Управление двигателями BLDC
3. Решения Renesas для управления двигателями BLDC

Преимущества бесщеточного двигателя постоянного тока перед щеточным двигателем

Бесщеточные двигатели имеют характеристики, аналогичные характеристикам традиционных щеточных двигателей постоянного тока, но одно очевидное отличие заключается в том, что следует из названия: модель двигателя с BLDC не имеет щеток. Для вас это изменение означает, что двигатели BLDC более надежны, потому что приходится иметь дело с меньшим количеством оборудования.Без использования щеток двигатель BLDC также более прочен и долговечен, чем двигатели с щетками, что, в свою очередь, позволяет вашей компании сэкономить деньги на дополнительных расходах, связанных с будущим обслуживанием или полной заменой этого оборудования. Поскольку щетки также могут изнашиваться в процессе эксплуатации двигателя, это может вызвать искрение и привести к опасности возгорания, дополнительным опасениям и расходам для вашей компании.

КПД двигателя BLDC по сравнению с традиционным щеточным двигателем является еще одним преимуществом использования бесщеточного двигателя.Бесщеточные двигатели имеют в целом более высокую скорость и крутящий момент и производят меньше шума, чем традиционные щеточные двигатели. Кроме того, они работают более эффективно и практически не теряют мощности, что является проблемой, которая может сопровождать щеточные двигатели из-за повышенного трения, вызываемого щетками. Сообщается, что двигатели BLDC достигли предела эффективности от 85 до 90 процентов, что выше, чем у стандартных щеточных двигателей, на 75-80 процентов.

Бесщеточные двигатели постоянного тока также должны иметь электронную коммутацию, что означает, что двигатель регулируется с помощью механизма управления.Эта функция позволяет трехфазному двигателю BLDC изменять скорость в разной степени вместе с возможностью быстрого ускорения и замедления, чтобы обеспечить наиболее эффективное использование мощности и производительности, когда дело доходит до выходной мощности. Двигатели BLDC также обычно весят меньше, чем щеточный двигатель, но они могут обеспечивать аналогичную выходную мощность. Бесщеточный двигатель постоянного тока, обеспечивающий высокую скорость вращения и эффективную работу, является очевидным выбором, который может использоваться в различных приложениях в различных отраслях промышленности, в том числе:

Какой из них лучше? (Ноябрь 2021 г.)

Матовый vs.

Бесщеточный двигатель

Аккумуляторные дрели — неотъемлемая часть любого инструментария, но многие люди не знают разницы между щеточными и бесщеточными двигателями. Бесщеточные электродрели обладают рядом преимуществ перед щеточными, поэтому стоит потратить время, чтобы узнать, какой у вас электродвигатель: щеточный или бесщеточный .

Для многих все сверла выглядят одинаково, но для профессионалов это не так. На рынке доступны различные типы сверл, но главное отличие, на которое следует обратить внимание, — это двигатели, с которыми они поставляются.

Между щеточными и бесщеточными двигателями, аккумулятором огромная разница, и в некоторой степени это влияет на эффективность. Битва между щеточными и бесщеточными двигателями продолжается всегда, так что давайте выясним разницу.

Как работает дрель

Прежде чем мы начнем, давайте рассмотрим, что представляют собой различные части сверлильных станков.

1. Вращатель или якорь
2. Кисти
3. Ось
4. Коммутатор
5. Полевой магнит для обмоток
6. Двигатель для блока питания

Хорошо, давайте начнем с основ. Дрель работает от двигателя, который используется для преобразования электрической энергии в механическую.Якорь производит большое количество магнитной энергии через полюса через датчики на эффекте Холла, благодаря чему сверлильный станок работает так, как вы хотите. Хорошо справляется с обмотками.

Все электродрели просты в использовании. Оба типа дрелей работают по тому же принципу, по которому работает двигатель. Все они питаются от электричества через полюса, которое измеряется в вольтах. Обычно чем выше напряжение и полярность, тем выше скорость работы сверлильного станка, так как он имеет большую мощность и, следовательно, скорость.Та же сила создает крутящий момент, который вращает отвертку, закрепленную на конце, создавая вращение и электромагнитное поле.

Далее идет триггер. Он расположен в задней части дрели, и он приводит в движение дрель. Спусковой крючок входит в контакт с регулятором движения, включает ротор и дает энергию. Эта энергия преобразуется во вращение фазового вала, что позволяет двигателю выполнять работу.

Электрический ток проходит по всем обмоткам и катушкам, что поддерживает электрическое отталкивание, заставляющее инструмент постоянно вращаться.Щетки внутри двигателя подают ток на двигатель и обмотки, а затем на постоянный магнит. Оба мотора работают по одному и тому же принципу, описанному выше.

Что такое щеточные двигатели?

Щетки важны для всех электрических бесщеточных двигателей постоянного тока. Они находятся рядом с вращающимся валом щеточных двигателей постоянного тока и отвечают за проведение электрических токов между неподвижной проводкой и движущимися частями.

Щетка изготовлена ​​из углеродных материалов, таких как природный графит и электрографит, углерод, связанный смолой, углерод, связанный смолой, в том числе медь и серебряный графит, и расположены рядом с полюсами.Щетка оснащена пружиной и соединителем для обеспечения максимальной мощности двигателя.

Как работает щеточный мотор?

Так как же работает щеточный мотор? Вот шаги относительно того, как работает цепь щеточного двигателя постоянного тока.

1. Щетка в двигателе постоянного тока контактирует с коммутатором.

2. Когда напряжение проходит через щетки и коммутатор, они питают обмотки и полюс, создавая крутящий момент.

3. Это создает магнитное поле вокруг цепи и питает обмотки.

4. Затем оба постоянных магнита якоря отодвигаются от полюса для изменения полярности магнитного поля. Здесь магниты якоря представляют собой постоянные магниты, установленные во всех двигателях постоянного тока.

5. Это, в свою очередь, раскручивает вал, и двигатель начинает набирать крутящий момент, скорость и работу.

Преимущества щеточных двигателей

Люди, долгое время проработавшие в строительной отрасли, знают о преимуществах щеточных двигателей, которые обладают скоростью, крутящим моментом и управляемостью.Возможно, они не используются широко сегодня, но все же имеют множество преимуществ перед бесщеточными двигателями постоянного тока и другими электроинструментами.

Недорого:

Поскольку это была оригинальная конструкция для сверлильных станков, они стали дешевле и имеют низкие производственные затраты. Поэтому эти моторы дешевле. У них также есть угольные щетки, которые тоже легко доступны и просты в обслуживании.

Увеличенный срок службы:

Эти двигатели оснащены простыми, но оригинальными механическими деталями.Они могут отремонтировать в случае износа или в определенных случаях заменить. Следовательно, одно сверло может иметь увеличенный срок службы при правильном использовании, избегая смены деталей и инструментов.

Идеально для любых условий:

Щеточные двигатели имеют датчики скорости и работают только от двигателей постоянного тока. Просто для электромагнитов необходимо электричество, и по этой причине они могут работать в любых условиях и положениях, даже в суровых условиях. Если вы можете найти вилку и достаточно длинный удлинитель, то все готово.

Простота управления:

Мотор с щеткой довольно прост в управлении. Им не нужен микроконтроллер, как в бесщеточной дрели, и они подключаются к батарее, чтобы работать и демонстрировать большую эффективность, чем другие версии.

Недостатки щеточного двигателя

Все механические элементы имеют свои плюсы и минусы. Вот некоторые недостатки щеточных двигателей.

Быстрый износ:

Щетки физически трутся о коммутатор и быстро изнашиваются.Так что либо замените их, либо купите новый щеточный двигатель постоянного тока.

Генерирует шум:

Так как щеточный двигатель работает от электричества и дуги между магнитами, щетками и катушками. Этот мотор очень шумит. Движение может быть не лучшим в определенных условиях, и следует избегать технологии.

Ограниченная скорость:

Щетки и коллектор во время работы испытывают трение. Статорной части нет. Это создает трение, и электроинструмент быстро нагревается.Поэтому вам нужно контролировать или прекратить употребление на какое-то время.

Что такое бесщеточный сверлильный двигатель?

Бесщеточный электродвигатель для дрели имеет Y-образную конструкцию. Этот двигатель работает без канавок (1). Следовательно, у него есть скорость. Этот тип двигателя имеет постоянный магнит на внешнем роторе со специальным датчиком, который отслеживает его положение. Это, в свою очередь, отправляет сигнал контроллеру, и, в свою очередь, контроллер активирует трехфазные катушки одну за другой.

Как работает бесщеточный двигатель?

Как следует из названия, бесщеточные двигатели не имеют щеток в двигателях.Здесь постоянные магниты закреплены на роторе, а электромагниты закреплены на статоре. Затем компьютер (в более крупных двигателях) используется для зарядки электромагнитов, когда валы начинают вращаться.

Преимущества бесщеточных двигателей

Бесщеточные дрели — это новая высокоэффективная технология, которую дала нам наука. Бесщеточный двигатель имеет множество преимуществ и является причиной его использования во всем мире. Ниже приведены некоторые преимущества.

Длительный срок службы:

Бесщеточный двигатель создает эффект Холла и устраняет проблему перегрева, поскольку имеет меньший крутящий момент и вращение.

Облегченный:

Бесщеточные аккумуляторные дрели довольно легкие и помогают снизить уровень шума и вибрации, как показано на изображении в Интернете и каталогах.

Скорость:

Точное позиционирование повышает производительность; бесщеточные двигатели могут работать вдвое быстрее, чем щеточные двигатели, и компенсируют разницу в гибкости.

Более высокий КПД:

Благодаря меньшему трению бесщеточные двигатели работают более эффективно.У них меньше искр и более длительный срок службы батареи при хорошем движении, что обеспечивает превосходную производительность.

Недостатки бесщеточных двигателей

Бесщеточные двигатели, являясь двигателем нового типа, имеют меньше недостатков.

Высокая стоимость

Стоимость бесщеточной дрели выше. Добавление электронного контроллера увеличивает начальную стоимость всей системы, как видно на изображении.

Жесткий в эксплуатации

Бесщеточные двигатели имеют управление, проводку и систему, которые отличаются от щеточных двигателей. Это изменение затрудняет эксплуатацию бесщеточных двигателей постоянного тока, и только опытный и обученный персонал может использовать их.

Внешняя вибрация

Вибрация бесщеточного двигателя может сочетаться с вибрацией другого материала и вместе создавать резонансные явления и нагревание, которые могут затруднять работу.

Что дороже: щеточные или бесщеточные двигатели?

По сравнению с щеточным и бесщеточным, бесщеточный более дорогой.В обычных двигателях все детали встроены и закреплены внутри, например, постоянный магнит. А у нового есть ротор, мотор, магниты и статор катушек.

Кроме того, в бесщеточных двигателях постоянного тока нет физического контакта между какими-либо частями; следовательно, они служат дольше. Но бесщеточный поставляется с электронными модулями, что увеличивает стоимость, в то время как обычный модуль быстро изнашивается, что делает обязательной новую покупку.

Это полностью зависит от конструкции и поверхности, на которой он будет использоваться.

Часто задаваемые вопросы

Водонепроницаемы ли бесщеточные двигатели?

Бесщеточные двигатели водонепроницаемы, но не водонепроницаемы. Мелкие частицы воды могут просочиться через полюса машины и другие детали и вызвать ржавчину. Повреждение необратимо. Обычно больше всего страдают подшипники, и их приходится заменять, что приводит к остановке строительства.

Искробезопасны ли бесщеточные дрели?

Согласно недавнему исследованию, щеточные и бесщеточные инструменты не являются искробезопасными.Бесщеточный двигатель работает от искры, и фаза переключения может быть опасна для всех. Благодаря высокому КПД он лучше подходит для работы, но, поскольку он работает на высокой скорости, на обмотках весьма вероятны аварии.

Как определить, является ли двигатель щеточным или бесщеточным?

Мотор щетки поставляется с двумя обычными проводами. При этом подайте напряжение постоянного тока на двигатель и полюс, и если он работает без разъема, это будет щеточный двигатель. В противном случае бесщеточный двигатель нуждается в разъеме в качестве инструмента для управления движением, потому что бесщеточный двигатель программируется компьютером.

Что лучше: щеточный или бесщеточный моторы?

Бесщеточные двигатели лучше, потому что они не имеют физического контакта между частями. Они работают с электричеством, которое длится дольше. Кроме того, они производят меньше шума и безопаснее для людей.

Щеточные двигатели могут быстро изнашиваться, и, возможно, их потребуется заменить раньше, чем вы хотели бы, а это означает, что вам может понадобиться новый раньше, чем щеточные двигатели.

Если вы можете позволить себе разницу в цене, вам подойдет бесщеточный двигатель.Ознакомьтесь с нашими лучшими аккумуляторными дрелями здесь, когда вы знаете, что искать.

Теперь ознакомьтесь с нашими лучшими обзорами сверл

Источник:

1 — https://en.wikipedia.org/wiki/Brushless_DC_electric_motor

.