Двигатели и контроллеры двигателей играют важную роль во многих областях, особенно в медицине и робототехнике. Кроме того, популярная в последнее время область транспортных средств на новых источниках энергии имеет все более очевидный спрос на небольшие, высокоэффективные двигатели с высоким и низким крутящим моментом, а также двигатели большой и малой мощности.
Эти конечные устройства могут выбирать из коллекторных двигателей постоянного тока, бесщеточных двигателей постоянного тока (BLDC) или их комбинации. Большинство двигателей работают по закону индукции Фарадея. Тем не менее, существуют ключевые различия между щеточными и бесщеточными двигателями и областью их применения.
Давайте представим разницу между коллекторными двигателями и бесщеточными двигателями. Во-первых, мы представим коллекторные двигатели постоянного тока.
Матовый двигатель постоянного тока
Примерно с конца 1900-х годов щеточные двигатели постоянного тока были одним из самых простых типов приводных двигателей, и сегодня типичный щеточный двигатель постоянного тока состоит из якоря (также называемого ротором), коллектора, щеток, вала и магнитов возбуждения. Конечно, щеточный двигатель должен одновременно обеспечивать мощность постоянного тока или мощность батареи, необходимую для работы, и получать крутящий момент за счет вращающегося магнитного поля, тем самым вырабатывая кинетическую энергию.
1. Простая конструкция, обычный щеточный двигатель постоянного тока включает якорь или ротор, коммутатор, щетку, вал и магнит возбуждения. Конечно, требуется батарея или блок питания. Свойства двигателя зависят от материала, из которого он сделан, количества намотанных на него витков и плотности витков. Якорь или ротор представляет собой электромагнит, а магнит возбуждения — постоянный магнит. Коммутатор представляет собой устройство с разрезным кольцом вокруг вала, которое имеет физический контакт со щетками, подключенными к положительному и отрицательному полюсам источника питания.
2. Коллектор вокруг вала, коммутатор соприкасается со щетками, которые подключены к противоположным полюсам источника питания для подачи положительных и отрицательных зарядов на коммутатор. Щетки приводят ротор во вращение с помощью магнитного поля, создаваемого за счет подачи энергии противоположной полярности через коммутатор. Направление вращения по часовой стрелке и/или против часовой стрелки, а прямое и обратное вращение двигателя можно реализовать, изменив полярность щеток.
Бесщеточный двигатель (BLDC)
Бесщеточный двигатель
Принцип работы бесщеточного двигателя постоянного тока такой же, как принцип магнитного притяжения и отталкивания щеточного двигателя, но их структура немного отличается. Бесщеточный двигатель, как видно из названия, не имеет щеток, использует электронную коммутацию, катушка не двигается, а ротор вращается. Работа коммутации передается цепи управления в контроллере. Высокая эффективность является основным преимуществом двигателей BLDC. Поскольку ротор представляет собой магнит NdFeB (магнит NdFeB), то есть не требуется никакого соединения, никакого коммутатора и щетки, так что ротор работает очень эффективно.
Бесщеточные двигатели могут иметь либо ротор внутри, либо ротор снаружи обмоток (иногда называемый двигателем с «внешним ротором»). Количество обмоток, используемых в бесщеточном двигателе, называется количеством фаз. Хотя бесщеточные двигатели могут иметь разное количество фаз, трехфазные бесщеточные двигатели являются наиболее распространенными. Три обмотки бесщеточного двигателя соединены по схеме «звезда» или «треугольник». В любом случае к двигателю подключены три провода (обычно обозначаемые как U, V, W), а технология привода и форма волны одинаковы. В то же время, чтобы определить положение ротора в определенное время в бесщеточном двигателе, некоторые бесщеточные двигатели будут приводиться в действие вместе с датчиками Холла, и есть более точные технологии, в которых используются магнитные энкодеры. Когда магнитный ротор вращается, датчики Холла улавливают магнитное поле ротора. После того, как драйвер IC получает сигнал, он вычисляет и последовательно пропускает ток через обмотки статора, тем самым приводя во вращение ротор.
Вышеизложенное является кратким введением в разницу между щеточными и бесщеточными двигателями.
