Silniki bezszczotkowe: kompletny przewodnik po projektowaniu i zastosowaniach

Silnik bezszczotkowy to silnik elektryczny, który nie wykorzystuje szczotek. Komutacja silnika bezszczotkowego odbywa się elektronicznie zamiast za pomocą fizycznych szczotek.

Skutkuje to wydajniejszym i trwalszym silnikiem. Silniki bezszczotkowe są używane w różnych zastosowaniach, w tym wentylatorach komputerowych, dyskach twardych i pojazdach elektrycznych.

Są również często używane w wysokiej wydajności elektronarzędzia.

Jakie są zalety silników bezszczotkowych?

Silniki bezszczotkowe mają kilka zalet w porównaniu z silnikami szczotkowymi, w tym wyższą wydajność, mniejsze zakłócenia elektromagnetyczne i dłuższą żywotność. Silniki bezszczotkowe są również mniejsze i lżejsze niż silniki szczotkowe.

Jakie są wady silników bezszczotkowych?

Jedną z głównych wad silników bezszczotkowych jest to, że są one droższe niż silniki szczotkowe. Silniki bezszczotkowe wymagają również bardziej skomplikowanych sterowników elektronicznych, co czyni je jeszcze droższymi.

Zawiłości silników bezszczotkowych: bliższe spojrzenie

Silniki bezszczotkowe to rodzaj silnika elektrycznego, który wykorzystuje pola magnetyczne do generowania ruchu obrotowego. Dwa główne elementy silnika bezszczotkowego to stojan i wirnik. Stojan jest elementem stacjonarnym, który zawiera uzwojenie silnika, podczas gdy wirnik jest elementem obrotowym zawierającym magnesy trwałe. Interakcja między tymi dwoma elementami tworzy ruch obrotowy silnika.

Rola czujników w silnikach bezszczotkowych

Silniki bezszczotkowe polegają na czujnikach do określania położenia wirnika i komutacji silnika. Najpopularniejszymi typami czujników stosowanych w silnikach bezszczotkowych są czujniki Halla, czujniki indukcyjne i resolwery. Czujniki te dostarczają informacje zwrotne do elektronicznego układu sterowania, umożliwiając mu dostosowanie prędkości i kierunku silnika w razie potrzeby.

Zalety silników bezszczotkowych

Silniki bezszczotkowe oferują kilka zalet w porównaniu z tradycyjnymi szczotkowymi silnikami prądu stałego, w tym:

• wyższa sprawność
• Dłuższa żywotność
• Wyższy stosunek momentu obrotowego do masy
• Niższe wymagania konserwacyjne
• Cichsza praca

Silniki bezszczotkowe: gdzie są używane?

Silniki bezszczotkowe są powszechnie stosowane w elektronarzędziach bezprzewodowych ze względu na ich wysoką wydajność i niskie wymagania konserwacyjne. Narzędzia te obejmują wiertarki, piły i wpływ kierowców które wymagają wysokiego moment obrotowy wyjście i płynna regulacja prędkości. Silniki bezszczotkowe są w stanie zapewnić taką moc wyjściową przy zachowaniu mniejszych rozmiarów i dłuższej żywotności baterii w porównaniu z silnikami szczotkowymi.

Urządzenia elektryczne

How to strip wire fast

Share

Watch on

Silniki bezszczotkowe są również stosowane w wielu urządzeniach elektronicznych, takich jak wentylatory i dyski twarde. Niski poziom hałasu i precyzyjna kontrola prędkości silników bezszczotkowych sprawiają, że nadają się one do tych zastosowań. Dodatkowo brak szczotek sprawia, że ​​nie ma potrzeby regularnej konserwacji, co przekłada się na dłuższą żywotność urządzenia.

Branża motoryzacyjna

Silniki bezszczotkowe zaczynają dominować w przemyśle motoryzacyjnym ze względu na ich zdolność do większej precyzji i kontroli. Są one powszechnie stosowane w pojazdach elektrycznych ze względu na ich wysoką wydajność i zdolność do utrzymywania określonej prędkości. Dodatkowo brak szczotek oznacza, że ​​nie ma potrzeby stosowania dodatkowych części lub połączeń, co skutkuje prostszą i bardziej niezawodną konstrukcją.

Komputerowe systemy chłodzenia

Silniki bezszczotkowe są powszechnie stosowane w systemach chłodzenia komputerów ze względu na ich zdolność do utrzymywania stałej prędkości i mocy wyjściowej. Elektromagnetyczna konstrukcja silników bezszczotkowych pozwala na liniową zależność prędkości od momentu obrotowego, co zapewnia płynną i wydajną pracę. Dodatkowo mniejszy rozmiar silników bezszczotkowych pozwala na szerszy zakres zastosowań w komponentach komputerowych.

Przemysł lotniczy

Silniki bezszczotkowe są również wykorzystywane w przemyśle lotniczym ze względu na ich dużą moc wyjściową i zdolność do utrzymywania określonej prędkości. Są powszechnie stosowane w układach sterowania samolotami i podwoziach ze względu na ich niezawodność i precyzję. Dodatkowo brak szczotek oznacza, że ​​nie ma potrzeby regularnej konserwacji, co przekłada się na dłuższą żywotność komponentów.

Badania i rozwój

Silniki bezszczotkowe są również wykorzystywane w badaniach i rozwoju ze względu na ich zdolność do zapewniania wysokiego poziomu precyzji i kontroli. Są powszechnie stosowane w sprzęcie testowym i przyrządach laboratoryjnych, które wymagają określonej prędkości i mocy. Dodatkowo brak szczotek sprawia, że ​​nie ma potrzeby regularnej konserwacji, co przekłada się na dłuższą żywotność sprzętu.

Odkrywanie różnych technik konstrukcyjnych silników bezszczotkowych

Jednym z najpopularniejszych typów silników bezszczotkowych jest silnik z magnesami trwałymi. W tej konstrukcji wirnik składa się z magnesów trwałych, które otaczają twornik elektroniczny. Z drugiej strony stojan składa się z szeregu biegunów uzwojonych cewkami. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez cewki, powstaje pole magnetyczne, które powoduje obrót wirnika.

Zalety:

• Wysoka wydajność
• Niskie koszty utrzymania
• Wysoka gęstość mocy
• Gładka operacja

Niedogodności:

• Drogie w produkcji
• Trudno kontrolować prędkość i pozycję
• Nie nadaje się do zastosowań z wysokim momentem obrotowym

Synchroniczne silniki reluktancyjne

Innym typem silnika bezszczotkowego jest synchroniczny silnik reluktancyjny. W tej konstrukcji wirnik składa się z szeregu uzwojonych biegunów, które są otoczone magnesami trwałymi. Z drugiej strony stojan składa się z szeregu cewek nawiniętych wokół biegunów. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez cewki, powstaje pole magnetyczne, które powoduje obrót wirnika.

Zalety:

• Wysoka wydajność
• Niskie koszty utrzymania
• Wysoki moment obrotowy przy niskich prędkościach
• Dobry do aplikacji o zmiennej prędkości

Niedogodności:

• Bardziej złożona konstrukcja
• Wyższy koszt
• Nie nadaje się do zastosowań o dużej prędkości

Silniki pola rany

W uzwojonym silniku polowym zarówno wirnik, jak i stojan składają się z cewek nawiniętych wokół biegunów. Wirnik otoczony jest szeregiem magnesów trwałych, które wytwarzają pole magnetyczne. Gdy prąd elektryczny przepływa przez cewki, pole magnetyczne wytwarzane przez wirnik i stojan oddziałują na siebie, powodując obrót wirnika.

Zalety:

• Dobre do zastosowań z dużym momentem obrotowym
• Łatwa kontrola prędkości i pozycji
• Niska cena

Niedogodności:

• Niższa wydajność
• Wyższa konserwacja
• Mniej płynna praca

Bezszczotkowe i szczotkowane silniki prądu stałego: jakie są kluczowe różnice?

Bezszczotkowe i szczotkowe silniki prądu stałego różnią się konstrukcją i budową. Szczotkowe silniki prądu stałego składają się z wirnika, stojana i komutatora, podczas gdy bezszczotkowe silniki prądu stałego mają wirnik z magnesami trwałymi i stojan z uzwojeniami. Komutator w silnikach szczotkowych odpowiada za zmianę biegunowości elektromagnesu, podczas gdy w silnikach bezszczotkowych polaryzacja uzwojeń drutu jest po prostu przełączana elektronicznie.

Techniki sterowania i moc wejściowa

Silniki bezszczotkowe wymagają bardziej złożonych technik sterowania niż silniki szczotkowe. Potrzebują wyższego napięcia wejściowego i prądu, a ich obwody sterujące składają się zwykle z trzech zestawów przewodów, z których każdy jest oddalony od siebie o 120 stopni. Z drugiej strony silniki szczotkowe wymagają przełączenia tylko jednego przewodu, aby utrzymać wirujące pole magnetyczne.

Wydajność i żywotność

Silniki bezszczotkowe mają wyższy stosunek mocy do masy i są zazwyczaj bardziej wydajne niż silniki szczotkowe. Mają też dłuższą żywotność ze względu na brak szczotek, które z czasem się zużywają. Silniki bezszczotkowe są w stanie zapewnić lepszą wydajność i efektywność energetyczną, co czyni je lepszym wyborem do zastosowań o wysokiej wydajności.

Hałas akustyczny i zakłócenia elektromagnetyczne

Silniki bezszczotkowe wytwarzają mniej hałasu niż silniki szczotkowe ze względu na brak szczotek. Wytwarzają również mniej zakłóceń elektromagnetycznych, co czyni je lepszym wyborem do zastosowań wymagających niskiego poziomu hałasu i minimalnych zakłóceń elektromagnetycznych.

Wybór między bezszczotkowymi i szczotkowanymi silnikami prądu stałego

Wybierając między bezszczotkowym a szczotkowym silnikiem prądu stałego, należy wziąć pod uwagę kilka kluczowych czynników:

• Zapotrzebowanie aplikacji na moc
• Wymagana wydajność i wydajność
• Wymagania dotyczące hałasu akustycznego i zakłóceń elektromagnetycznych
• Wymagania dotyczące żywotności i konserwacji

W zależności od tych czynników można wybrać bezszczotkowy lub szczotkowany silnik prądu stałego. Silniki bezszczotkowe zwykle lepiej nadają się do zastosowań o wysokiej wydajności, które wymagają większej efektywności energetycznej i niższego poziomu hałasu, podczas gdy silniki szczotkowe lepiej nadają się do małych zastosowań o niskim poborze mocy, które wymagają po prostu podstawowego silnika.

Wnioski

Tak więc silniki bezszczotkowe to świetny sposób na maksymalne wykorzystanie możliwości urządzenia bez kłopotów ze szczotkami. Są znacznie bardziej wydajne, cichsze i mają dłuższą żywotność niż silniki szczotkowe. Ponadto są one obecnie używane w wielu różnych urządzeniach, od elektronarzędzi po pojazdy elektryczne. Tak więc, jeśli szukasz nowego silnika, powinieneś rozważyć silniki bezszczotkowe. W końcu to przyszłość silników. Więc nie bój się nurkować i dać im szansę. Nie będziesz rozczarowany!

Jestem Joost Nusselder, założyciel Tools Doctor, content marketer i tata. Uwielbiam wypróbowywać nowy sprzęt, a wraz z moim zespołem od 2016 roku tworzę szczegółowe artykuły na blogu, aby pomóc lojalnym czytelnikom za pomocą narzędzi i wskazówek rzemieślniczych.