מבנה ועקרונות בסיסיים של מנועים ללא מברשות DC

סקירה כללית של מנוע DC ללא מברשות (BLDC)

היתרונות העיקריים של מנועי DC הם ויסות מהירות ומאפייני התנעה טובים, מומנט רוטור נעול גדול, והם נמצאים בשימוש נרחב בהתקני נהיגה שונים ומערכות סרוו. עם זאת, למנועי DC יש לכולם מברשות ומקומוטטורים, והמגע המכני ההזזה שנוצר ביניהם משפיע באופן רציני על הדיוק, הביצועים והאמינות של המנוע. הניצוצות שנוצרו עלולים לגרום להפרעות רדיו. מקצר את תוחלת החיים של מנועים חשמליים, מכשיר המברשת הקומוטטור הופך את המבנה של מנועי DC למורכב, רועש וקשה לתחזוקה. במשך זמן רב אנשים מחפשים מנועי DC שאינם דורשים מברשות והתקני קומוטטור.

עם ההתפתחות המהירה של הטכנולוגיה האלקטרונית והאימוץ הנרחב של מכשירים אלקטרוניים בעלי הספק גבוה, משאלה זו התממשה בהדרגה. מנוע DC ללא מברשות שיוצג בפרק זה משתמש במעגלי מתג אלקטרוני וחיישני מיקום כדי להחליף מברשות ומקומוטטורים, מה שהופך את המנוע הזה לבעל מאפיינים של מנוע DC. יש לו גם את היתרונות של מבנה פשוט, פעולה אמינה ותחזוקה נוחה של מנועי AC; מהירותו אינה מוגבלת עוד על ידי תנועה מכנית, ואם משתמשים במיסבים מהירים, הוא יכול לפעול גם במהירויות של כמה מאות אלפי סיבובים לדקה.

למנועי DC ללא מברשות (BLDC) יש מגוון רחב של יישומים, כולל מנועי DC כלליים, מנועי סרוו ומנועי מומנט. הם מתאימים במיוחד לציוד אלקטרוני מתקדם, רובוטים, טכנולוגיות תעופה וחלל, התקני CNC, תעשיות רפואיות וכימיות ותחומי היי-טק נוספים. מנועי DC ללא מברשות משלבים מעגלים אלקטרוניים עם מנועים ומיישמים לתחום המנועים טכנולוגיה אלקטרונית מתקדמת שתקדם את העדכון והפיתוח המהיר יותר של טכנולוגיית המנוע.

2. מבנה BLDC ועקרון עבודה בסיסי

BLDC הוא סוג של מנוע סינכרוני מגנט קבוע בתדר משתנה בקרה עצמית, כלומר השדה המגנטי שנוצר על ידי הסטטור והרוטור שלו הם מאותו תדר, כך ש-BLDC אינו מייצר את תופעת הבדלי התדרים של מנועי אינדוקציה רגילים. ישנם הבדלים ב-BLDC בין מנועים חד-פאזיים, 2-פאזיים ו-3-פאזיים, וסוגי השלבים השונים קובעים את מספר פיתולי סליל הסטטור. כאן נתמקד ב-3-שלב ה-BLDC הנפוצים ביותר.

2.1 סטטור

הסטטור BLDC עשוי מיריעות פלדת סיליקון רבות שעברו למינציה והטבעה צירית, עם מספר מסוים של סלילים בכל חריץ היוצרים את הפיתול, כפי שמוצג באיור 2.1.1. באופן מסורתי, הסטטור של BLDC דומה במקצת לזה של מנוע אינדוקציה, אך ישנם הבדלים מסוימים בהתפלגות פיתולי הסטטור. לרוב הסטטורים של BLDC יש שלושה פיתולים המסודרים בתבנית כוכבים, שכל אחד מהם מורכב מהרבה יריעות פלדה מלוכדות פנימית בצורה מסוימת. פיתולים ממוספרים זוגיים מפוזרים סביב הסטטור ליצירת קטבים מגנטיים עם מספר זוגי. נקודה נוספת שיש לציין לגבי הכוח האלקטרו-מוטיבי האחורי היא שזרמי הפאזה של פיתולים שונים מציגים גם צורות גל טרפז וסינוסי. ניתן לדמיין שפיתולים סינוסואידים פועלים בצורה חלקה יחסית לפיתולים טרפזיים בשל צורות הגל החלקות שלהם. עם זאת, בשל נוכחותם של יותר פיתולים, פיתולים סינוסואידים נמצאים בשימוש נפוץ יותר בחוטי נחושת בהשוואה לפיתולים טרפזים. בשל מתחי יישום שונים, אנו יכולים לבחור מנועים ללא מברשות עם טווחי מתח שונים לפי הצורך. ניתן להשתמש במנועים עם מתחי יישום של 48V ומטה במכוניות, רובוטים, זרועות רובוטיות קטנות ותחומים אחרים. ניתן להשתמש במנועים עם טווח מתח של 100V ומעלה במכשירים מיוחדים, בקרה אוטומטית ובתחומי ייצור תעשייתי.