Haza > Hírek > Tartalom
Brushless egyenáramú motorok: Alacsony tehetetlenség, gyors reagálás
Aug 23, 2017

A brushless DC (BLDC) motorok leggyakrabban említett előnyei a magas megbízhatóság és az alacsony karbantartás - a kefék / mechanikus kapcsolókészülék elektronikus cserélő vezérlővel és rotor visszacsatoló eszközzel történő cseréjének eredménye. Valójában a "kefe nélküli előny" a BLDC motor élettartamát körülbelül 15 000 órára növelheti, ami viszont kevesebb motorcsere-pótlólagos és kevesebb általános üzemkész állapot leállást eredményez. De a kefe nélküli előny nem áll meg ott. A nagy pontosságú, automatizált gépek világában a BLDC motorok nem csupán előnyt jelentenek, hanem követelmény. A nagy pontosságú gépek nemcsak magas megbízhatóságot igényelnek, hanem nagy teljesítményre is szükségük van - gyors működés gyorsítása és lassulása a működési változtatásokhoz, valamint egyszerű visszafordíthatóság, nagyon nagy működési sebesség és stabil nyomatéksebesség-jellemzők. Ez az, ahol a BLDC motorok előnyei meghaladják a megbízhatóságot, a karbantartást és a teljesítményt. BLDC motor esetén nagy teljesítmény jellemzője elsősorban a rotor kialakításának eredménye.

Rotor Design

A BLDC motor nagy teljesítményű, alacsony tehetetlenségi és gyors reagálási jellemzői a rotor és a használt állandó mágnesek kialakítása. A BLDC motor leggyakoribb rotortermei az állandó "mezőmágnesek" tengelyirányban történő rögzítése a forgórész tengelyére vagy hengeres vagy salient pole konfigurációban. A motor armatúra tekercsei az állórész házának magjára vannak felszerelve. Ez ellentétes a csiszolt DC motoros rotorokkal, amelyek nehéz motorokat használnak a motor mágneses mezőjéhez. Mechanikus kommutátorral és vasmaggal kombinálva a csiszolt DC rotor nagy össztömeggel rendelkezik, nagy tehetetlenséget biztosítva, ami nem kívánatos jellemző a pontos pozícionálási műveletekhez, különösen kis tehetetlenségi terhelések esetén. Ezért a BLDC rotor belső kialakítása könnyebb, kisebb átmérőjű, kompaktabb, alacsony tehetetlenséget eredményez. Ezen túlmenően, mivel állandó mágneseket használnak a BLDC motor mezőjéhez az elektromágneses tekercsek helyett, javultak a hőhűtés. A motorházon elhelyezett áramvezetékekkel a motoron belül a rotoron belül a hőelvezetés könnyebb és gyorsabb a külső környezetben. Így a BLDC motor nagyobb teljesítményt képes kifejteni, mint a dörzsölt egyenáramú motorok a méreteihez képest, és az energiaveszteségei gyakorlatilag megszűnnek, ami a motor hatékonyságának előnye.

Állandó mágnesek

A BLDC motorok gyors reagálási tulajdonságai nem csak a rotor tervezésénél, hanem a motor mágneses mezőjében használt állandó mágnesek választásától is függenek. Általánosságban a BLDC motorok három fő típusát használják az állandó mágnesek: Alnico, Ferrites és Rare-Earth Alloys.

Az Alnico mágneseket olyan alkalmazásokban alkalmazzák, ahol a mágneses stabilitás kritikus. Magas remanenciát és energiát, mérsékelten magas koercitivitást, vibrációs stabilitást és széles üzemi hőmérsékleti tartományt mutat (több mint 500oC). Azonban mechanikailag kemények, ami nehezíti a kovácsolást és a gépet. A ferritmágnesek (más néven kerámia mágnesek) "vas-oxid oxid keverékéből készülnek kétértékű fém-oxidként vagy bárium vagy stroncium formájában." Nagy mennyiségben és különböző méretben állíthatók elő. Ezek alacsony költségű mágnesek az energiatermeléshez képest; emellett nagy koercivitást, nagy ellenállást és alacsony sűrűséget mutatnak. A közelmúltig a motor mágnes legnépszerűbb típusai voltak. De a legutóbbi fejlődés a nagy remenance, ritkaföldfém mágnesek nagyban javult BLDC motor teljesítményét. A ferritmágnesekhez képest a ritkaföldfém mágnesek kisebb tehetetlenséggel és méret-nyomatékkal rendelkeznek, ami a nagy teljesítményű alkalmazásokhoz jól illeszkedik.

Az 1970-es években elérhetővé vált a ritkaföldfémek első generációja, a szamárium kobalt alapú állandó mágnesek. Ezek előnyei közé tartozik a magas remanens fluxus sűrűség, nagy kényszerítő erő, nagy energia, lineáris demagnetizációs görbe és alacsony hőmérsékleti együttható. Ezeket tipikusan kis térfogatú motoroknál, valamint olyan motorokban használták, amelyek magasabb hőmérsékleten működtek (pl. Mikroturbinák nélküli kefe nélküli generátorok). Az ellátási korlátozások miatt azonban meglehetősen drágák voltak. Az 1980-as évek elején megjelentek a neodímián (Nd) alapuló ritkaföldfém mágnesek második generációja, amelyek olcsóbbak voltak, mivel a Nd több, mint a szamárium. A második generációs ritkaföldfém mágneseket nem csak nagyobb mennyiségben állítják elő, hanem jobb mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezeknek a ritkaföldfém-mágneseknek az elsődleges előnye, hogy javították a motor-teljesítmény-költség arányt, valamint más alkalmazásokat.

Nagy teljesítményű

A nagyteljesítményű vagy precíziós pozícionálási alkalmazásokhoz a motoros hajtásnak gyorsan reagálnia kell a különböző teljes terhelésteljesítménnyel (motor + tükrözött tehetetlenség) és az alkalmazás által megkövetelt működési feltételeken. A gépi adagoló meghajtók jó példája a nagy teljesítményű alkalmazásoknak, ahol a BLDC szervomotorokat általában alkalmazzák. Ebben az alkalmazásban a kis tömegű terheléseknél sok apró változás történik a gyorsításban. Ahhoz, hogy reagálhasson ezekre a működési feltételekre, a motornak mind gyors, mind stabilnak kell lennie. A motor válaszfüggvényének meghatározásához "a nyomaték-tehetetlenségi (T / J) arányokat használjuk a szervomotorok gyorsulásérdekének megítélésére." Minél nagyobb a T / J arány, "annál nagyobb a motor és a motor gyorsulása annál gyorsabban reagál a rendszerre. Mivel a T / J arány 1 / átmérő2, a kisebb átmérőjű motorok nagyobb T / J arányokkal rendelkeznek. "Mivel a ritkaföldfém-mágnesekkel rendelkező BLDC-motorok kisebb átmérőjűek, mint a kerámia mágneseké, ideálisak a kis terhelés tehetetlenségére , nagy teljesítményű alkalmazások, mivel a T / J arányuk magas. De alacsony tehetetlenség, a BLDC motorok terhelésérzékenyek; mivel a terhelési tehetetlenség növekszik, a T / J arány csökken, ami lassabb, kevésbé stabil reakciót eredményez. Nagy teherbírású tehetetlenségi alkalmazások esetén a kerámia motorok jobb választékot jelentenek az alkalmazás számára, mivel a T / J arányuk dinamikusabb lecsökkenést mutat.