Содержание

Бесколлекторный двигатель FL42BLS — характеристики двигателя, цена.

Основные характеристики

Основные характеристики

Размер фланца, мм 42
Число полюсов 8
Число фаз 3
Напряжение питания, В 24
Номинальная скорость, об/мин 4000
Максимальная допустимая радиальная нагрузка на валу

(в 20 мм от фланца), Н
28
Максимальная допустимая осевая нагрузка на валу, Н 28
Расположение датчиков Холла, град. 120

Скачать паспорт

Скачать описание

Заказать

Описание бесколлекторных двигателей серии FL42BLS

Главное преимущество бесколлекторных двигателей – отсутствие вращающихся и переключающихся контактов.
Как следствие,
основные достоинства бесконтактных двигателей:

  • высокая надежность работы, поскольку отсутствует щеточный узел;
  • большой ресурс электродвигателя ограничен, практически, только ресурсом подшипников;
  • линейность регулировочной характеристики и меньший уровень электромагнитного шума по сравнению с
    коллекторными
    двигателями постоянного тока;
  • применение в конструкции электродвигателя балансировочных колец потенциально может обеспечить
    стабильность работы
    при очень высоких скоростях вращения (десятки тысяч оборотов в мин).

Технические характеристики

Для управления рекомендуем использовать блок управления BLD‑20DIN или
контроллер BLSD‑20Modbus.

Наименование Максимальный потребляемый ток, A Мощность, на выходном валу, Вт Номинальный крутящий момент, кг• см Максимальный крутящий момент, кг• см Сопротивление между линиями, Ом Индуктивность между линиями, мГн ЭДС обратной связи, В/1000об/мин Момент инерции ротора, г•см2 Длина L, мм
FL42BLS01 5,4 26 0,62 1,9 1,0 2,6 3,66 24 41
FL42BLS02 10,5 52,5 1,25 3,8 0,8 1,2 3,72 48 61
FL42BLS03 15,5 77,5 1,85 5,6 0,55 0,8 3,76 72 81
FL42BLS04 20 105 2,5 7,5 0,28 0,54 3,94 96 100

Габаритные и присоединительные размеры бесколлекторных двигателей FL42BLS

Электрическая схема бесколлекторных двигателей FL42BLS

Несколько примеров использования бесконтактных электрических машин:

  • Нефтегазовая промышленность – отсутствие искрообразующих элементов и, как следствие, высокая
    взрывобезопасность
    делают бесколлекторные идеальным силовым элементом в запорном оборудовании нефте- и газопроводов
  • Муниципальная отрасль – низкая стоимость бесколлекторных двигателей и их обслуживания,
    надежность и
    долговечность делают их применение чрезвычайно привлекательным в условиях ограниченного бюджета
  • Автомобильная промышленность – использование бесколлекторных двигателей при производстве
    автомобильной
    фурнитуры (стеклоподъемники, стеклоочистители, подъем и опускание кресел и т. д.) позволяет существенно
    снизить габариты
    и массу таких устройств.
  • Наружная реклама – автоматические жалюзи, презентационная техника, вращающиеся витрины с
    приводом на основе
    бесколлекторных двигателей компактны и бесшумны.
  • Медицинское оборудование – бесшумность и низкий уровень электромагнитных излучений делают его
    незаменимым в
    медицинском
    оборудовании, высокие скорости вращения делают эти двигатели чрезвычайно востребованными в
    стоматологическом
    оборудовании.
  • Системы автоматического управления и робототехника – наличие встроенного датчика угла поворота
    позволяет
    создавать обратную связь двигателей и систем управления, что делает бесколлекторный двигатель удобным
    при построении
    систем автоматического управления.

Бесколлекторные двигатели постоянного тока 24 В являются одними из наиболее востребованных в промышленности. Полный список двигателей постоянного тока 24В разных типов можно посмотреть здесь.

С этим товаром покупают

  • BLSD‑20Modbus

    Блоки управления бесколлекторнымиными двигателями постоянного тока

    подробнее

  • BLD‑20DIN

    Блоки управления коллекторными двигателями постоянного тока

    подробнее

  • EDR-150-24 MW

    Источник питания

    подробнее

  • Муфта SD

    Безлюфтовая дисковая (мембранная) муфта

    подробнее

Связаться с нами

Хотите узнать дополнительную информацию о продукции — задайте вопрос. Наш специалист свяжется с вами в ближайшее время.

Бесколлекторные двигатели | Поставки бесколлекторных двигателей по России

Главная / Каталог / Бесколлекторные двигатели

Устройство, принцип работы бесколлекторного двигателя

Бесколлекторные двигатели (BLDC — brushless DC motors) или, как их еще называют, вентильные двигатели или шпиндельные двигатели, обладают высокой динамикой и точностью позиционирования, большой перегрузочной способностью двигателя к моменту, а также высоким КПД двигателя – более 90%. Благодаря отсутствию трущихся частей в бесколлекторном двигателе возможно его применения во взрывоопасной и агрессивной среде.

Бесколлекторные двигатели состоят из статора традиционной обмотки, в зависимости от способа укладки витков он бывает BLDC – для двигателей имеющих обратную электродвижущую силу и PMSM – для двигателей питающихся синусоидальным током, ротора в котором используются магниты постоянного тока и датчика положения ротора.

Датчик положения ротора, встроенный в корпус двигателя, вырабатывает сигналы управления моментами времени и последовательностью коммутации токов в обмотках статора. Все поставляемые нами бесколлекторные электродвигатели имеют по три встроенных датчика Хола (Honeywell), расположенных под углом 120 градусов друг к другу.

Все бесколлекторные двигатели мы поставляем вместе с блоками управления, производимыми на том же заводе, что и сами двигатели (Fulling Motor, Китай), что гарантирует идеальную «совместимость» блоков управления и двигателей. Некоторые наши клиенты (как правило, использующие бесколлекторные двигатели в массовой серийной продукции с большими объемами выпуска) предпочитают разрабатывать устройства управления бесколлекторным двигателем самостоятельно. При этом они имеют возможность наиболее полно учесть нюансы рабочих режимов двигателей, и максимально снизить цену (себестоимость) блока управления бесколлекторным двигателем. 

Бесколлекторные двигатели не имеют недостатков, присущих асинхронным двигателям (потребление реактивной мощности, потери в роторе) и синхронным двигателям (пульсация частоты вращения, выпадение из синхронизма).

Как и у коллекторных двигателей момент бесколлекторных двигателей прямо пропорционален току, а скорость зависит от напряжения питания и нагружающего момента.
Но бесколлекторные двигатели имеют преимущество по сравнению с коллекторными — это отсутствие трущихся и истираемых частей, переключающихся контактов и т.п. и, как следствие, высокий ресурс.

Основные достоинства бесколлекторных (вентильных) двигателей:

  • высокое быстродействие и динамика, точность позиционирования
  • линейность нагрузочных характеристик
  • широкий диапазон изменения частоты вращения
  • большая перегрузочная способность по моменту
  • высокий срок службы (ресурс электродвигателя ограничен, по большому счету, только сроком службы подшипников)
  • высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов
  • низкий перегрев электродвигателя, при работе в режимах с возможными перегрузками
  • существенно более низкий уровень электромагнитных шумов по сравнению с коллекторными моторами

Области применения бесколлекторных двигателей

С силу своих достоинств бесколлекторные двигатели получили широкое распространение  во многих отраслях промышленности. Незаменимыми оказываются они в медицинской технике — низкий уровень электромагнитных излучений, низкий уровень шума и высокий ресурс определили лидирующую роль бесколлекторного привода во многих узлах медицинской аппаратуры. Также бесколлекторные электродвигатели традиционно используются для работы в опасных средах. Отсутствие трущихся частей, способных вызвать искру, позволяет применять бесколлекторные двигатели в нефтегазовой промышленности, например, в качестве трубозапорных приводов для нефте- и газопроводов.

Все о бесщеточных двигателях в деталях —

Бесщеточный двигатель — это электродвигатель, работающий на постоянном токе (DC) и не имеющий механических щеток и коллектора, как у обычного щеточного двигателя. Хотя первоначальные затраты выше, он предлагает очевидные преимущества по сравнению со щеточным двигателем и является более рентабельным в долгосрочной перспективе. Бесщеточные двигатели используются в различных бестраншейных строительных работах.

Бесщеточные двигатели иногда называют двигателями BLDC или BL. Электронно-коммутируемые двигатели (ECM, EC-двигатели) и синхронные двигатели постоянного тока являются синонимами.
Бесщеточные двигатели обычно устроены так же, как и синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ), хотя они также могут быть переключающими реактивными двигателями или асинхронными двигателями. Они также могут быть бегунками (ротор окружен статором), бегунами (ротор окружен статором) или осевыми бегунами (ротор окружен статором) (ротор и статор плоские и параллельные).


Коллекторные и бесщеточные двигатели в свое время

С 1856 года щеточные двигатели постоянного тока использовались в электрических силовых установках, кранах, бумагоделательных машинах и сталепрокатных заводах, и они все еще широко используются сегодня. Бесщеточные двигатели постоянного тока с электронными регуляторами скорости в значительной степени заменили щеточные двигатели во многих приложениях, поскольку их щетки изнашиваются и требуют частой замены. Из-за высоких требований к применению и сильного шума электрического разряда (называемого электростатическим разрядом, особенно в аэрокосмической технике) износ щеток стал серьезным недостатком, и был произведен новый двигатель.

Бесколлекторные двигатели намного новее, они были изобретены на заре изобретения электричества. Первый бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC), названный Т.Г. Уилсон и П.Х. Трики был изобретен в 1962 году в результате достижений в области твердотельных технологий в начале 1960-х годов. Бесщеточные двигатели являются наиболее предпочтительным выбором для компьютерных дисководов, робототехники и самолетов, поскольку они не требуют физического коммутатора.

сравнение бесщеточного и коллекторного двигателя

Бесколлекторные двигатели современности

Ранние бесколлекторные двигатели имели тот недостаток, что не могли генерировать большую мощность, несмотря на свою долговечность. Бесщеточные двигатели могли генерировать столько же (или больше) мощности, сколько и щеточные двигатели, до того, как в 1980-х годах стали доступны более сильные материалы с постоянными магнитами. Роберт Э. Лордо изготовил первый крупногабаритный бесщеточный двигатель постоянного тока в конце 1980-х годов, мощность которого в десять (10) раз превышала мощность предыдущих бесщеточных двигателей.

Рекомендуемое содержимое:

🟡 Что такое электродвигатели и как они работают?

Современные бесщеточные двигатели преодолевают многие недостатки щеточных двигателей за счет сочетания более высокой выходной мощности, меньшего размера и веса, улучшенного рассеивания тепла и эффективности, более широкого диапазона рабочих скоростей и чрезвычайно низкого электрического шума. Бесщеточные двигатели не имеют электрических соединений, которые могут изнашиваться, что обеспечивает большую надежность и более короткие интервалы технического обслуживания в коммерческих и промышленных приложениях.

Компоненты бесщеточного двигателя

Основные аспекты и конструкция бесщеточных двигателей

Статор типичного бесщеточного двигателя имеет трехфазную обмотку, а ротор содержит постоянный магнит. Он также доступен в однофазной, двухфазной и трехфазной конфигурациях. Как указывалось ранее, обмотка статора создает вращающееся магнитное поле, которое толкает магнитный ротор вперед. Для создания этого магнитного поля на катушку подается трехфазное напряжение.

Итак, как система различает, какие катушки запитаны, а какие должны быть? Для этой цели используется специальный электрический контроллер. Включение тока в ортогональные (перпендикулярные) обмотки осуществляется таким интегрированным коммутационным механизмом. Он также имеет датчики, которые определяют местоположение ротора. Чаще всего используются датчики Холла, однако также используются фотоэлектрические, индуктивные датчики и резольверы.

📌 T Контроллер изменяет соединение двух фаз для изменения направления вращения. Его также можно использовать в качестве сервопривода или шагового двигателя.

Схема бесщеточного двигателя

Бесщеточные двигатели постоянного тока Преимущества:

По сравнению с щеточными двигателями бесщеточные двигатели имеют ряд преимуществ: широкий диапазон скоростей;

  • Отличные характеристики крутящего момента, хорошие характеристики крутящего момента на средних и низких скоростях, большой начальный крутящий момент и низкий пусковой ток; высокая перегрузочная способность
  • Плавный пуск и остановка, хорошие характеристики торможения; можно сохранить оригинальный механический или электромагнитный тормозной механизм
  • Бесщеточные двигатели постоянного тока не имеют потерь возбуждения по сравнению с двигателями переменного тока, а также потерь на трение щеток и искрообразования по сравнению с двигателями постоянного тока с щетками.
  • Высокая надежность, стабильность, гибкость и простота обслуживания
  • Компактные размеры, малый вес и высокая производительность
  • Устойчивость к ударам и вибрации, низкий уровень шума, низкая вибрация, плавная работа, долгий срок службы
  • Недостатки бесколлекторных двигателей

    Несмотря на множество преимуществ бесколлекторных двигателей, у них есть и ряд недостатков:

    • Стоимость: Бесколлекторные двигатели имеют ряд недостатков, все из которых связаны с их повышенной сложностью конструкции. Для правильной последовательности заряда катушек статора BLDC требуется контроллер переключения. Это увеличивает стоимость производства, что отражается на более высокой стартовой стоимости.
    • Усложнение: Добавление сложности увеличивает риск сбоя. Нам не удалось найти ни одного исследования, в котором бы сравнивалась частота отказов щеточных и бесщеточных электроинструментов, хотя часто предполагается, что более сложное оборудование выходит из строя с большей вероятностью.

    Аккумуляторный инструмент, такой как дрель

    Бесщеточные двигатели Применение

    Бесщеточные двигатели выполняют многие функции, которые раньше выполняли коллекторные двигатели постоянного тока, но стоимость и сложность управления не позволяют бесщеточным двигателям полностью заменить коллекторные двигатели в недорогих секторах. Бесколлекторные двигатели, с другой стороны, стали доминировать во многих приложениях, включая компьютерные жесткие диски и CD/DVD-плееры. Бесщеточные двигатели используются исключительно для питания небольших охлаждающих вентиляторов в электрических устройствах. Они распространены в беспроводных электроинструментах, где повышенная эффективность двигателя позволяет использовать его в течение длительного времени без перезарядки аккумулятора. В проигрывателях с прямым приводом для граммофонных пластинок используются низкоскоростные маломощные бесщеточные двигатели.

    Аккумуляторные инструменты

    Многие современные аккумуляторные инструменты используют бесщеточные двигатели, включая струнные триммеры, воздуходувки, дисковые и сабельные пилы и дрели/шуруповерты. Бесщеточные двигатели имеют больше преимуществ по сравнению с щеточными двигателями (малый вес, высокая эффективность) для портативного оборудования с батарейным питанием, чем для больших стационарных инструментов, подключенных к розетке переменного тока, поэтому внедрение в этой части рынка было более быстрым.

    Какой вариант лучше, щеточный или бесщеточный?

    Бесщеточные двигатели для начинающих обеспечивают исключительную производительность и длительный срок службы. Эти типы требуются в приложениях, где требуется высокая скорость вращения и устойчивость к перегреву. Такое оборудование используется в роботах, медицинском оборудовании, станках с ЧПУ и другом дорогостоящем и ответственном промышленном оборудовании как часть системы охлаждения. Бесщеточные устройства того же размера более мощные, чем щеточные. Он также используется в ситуациях, когда требуются долговечные электродвигатели, не требующие особого обслуживания.

    Коллекторные двигатели постоянного тока имеют меньшую мощность и стабильность, чем щеточные двигатели постоянного тока. Однако это недорого и просто. В результате гаджеты не выполняют сложных или длительных действий. В быту такая технология используется в автомобилях, грузоподъемных механизмах, детских радиоуправляемых моделях и различных предметах быта (например, дрели). Из-за трения щеток и быстрого износа они требуют регулярного обслуживания, однако они очень долговечны в сложных промышленных условиях.


    Часто задаваемые вопросы ❓

    Как интерпретировать цифры на бесщеточном двигателе?
    Бесщеточные двигатели обычно обозначаются четырехзначным кодом, например , где обозначает ширину статора, а обозначает высоту статора. По сути, чем больше число и чем больше крутящий момент может создать двигатель, тем он шире и выше.

    Сколько магнитов в бесщеточном двигателе?
    Две катушки печатной платы взаимодействуют с шестью круглыми постоянными магнитами блока вентиляторов.

    Как определить размер бесщеточного двигателя?
    При определении размера бесщеточного двигателя постоянного тока проще всего начать с подбора размера двигателя (диаметра, длины). Диаметр колеблется от 13 до 30 миллиметров. Диаметр и длина бесщеточных щелевых двигателей постоянного тока измеряются в дюймах.

    Аккумуляторные инструменты с бесщеточными двигателями лучше?
    Бесщеточные двигатели превосходят щеточные по многим параметрам. Пользователи могут извлечь выгоду из снижения затрат на техническое обслуживание, повышения эффективности, а также меньшего количества тепла и шума.

    Каков ожидаемый срок службы бесщеточных двигателей?
    Если вам нужен двигатель, который прослужит долго, используйте бесщеточный двигатель. Срок службы щеточных двигателей ограничен типом щеток и составляет в среднем от 1000 до 3000 часов, но бесщеточные двигатели могут работать десятки тысяч часов.

    Заключение 🧾

    Бесколлекторный двигатель постоянного тока — это блестящая идея, которая произвела революцию в области электродвижения. Они просты и обтекаемы по конструкции, что позволяет транспортным средствам, таким как радиоуправляемые автомобили и дроны, работать с оптимальной эффективностью и контролем.
    В этом посте мы рассмотрели, как работают двигатели, компоненты внутри них и многие типы двигателей BLDC. Мы также обсудили электромагнетизм и то, как ESC регулирует скорость двигателя. Эта основа позволяет нам понять, как максимизировать эффективность и как меняются потребности в зависимости от предполагаемой функции дрона.-

    Что такое бесщеточный двигатель? Отвечено

    Лорен Нагель

    Опубликовано: 11 марта 2021 г. Последнее обновление: 11 марта 2021 г.

    Кажется, что бесщеточные двигатели можно найти повсюду — в бытовой технике, транспортных средствах, инструментах и ​​многом другом. Но что такое бесщеточный двигатель и что отличает его от других типов двигателей?

    В этой статье мы ответим на все основные вопросы, касающиеся этого универсального типа двигателя.

    Содержание

    1. Что такое бесщеточный двигатель?
    2. История бесколлекторных двигателей
    3. Механизм бесщеточного двигателя
    4. Схема бесщеточного двигателя
    5. Коллекторный и бесщеточный двигатель
    6. Бесщеточные двигатели лучше?
    7. Применение бесщеточных двигателей постоянного тока
    8. Бесщеточные двигатели для дронов

    Что такое бесщеточный двигатель?

    Бесколлекторный двигатель постоянного тока (BLDC) представляет собой тип электродвигателя, который использует силы отталкивания и притяжения между постоянными магнитами и электромагнитами для приведения его вращения в движение. Вращением двигателя управляет контроллер, который подает импульсы тока на электромагниты в двигателе, которые, в свою очередь, регулируют его скорость.

    На рисунке 1 постоянные магниты на роторе показаны красным и синим цветом, а электромагнитные катушки на статоре — медными.

    Рисунок 1: Схема бесщеточного двигателя постоянного тока

    Бесщеточные двигатели известны своей высокой эффективностью и длительным сроком службы по сравнению с альтернативными вариантами. Существует несколько распространенных способов описания этого типа двигателя, включая бесщеточные двигатели, бесщеточные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока.

    История бесщеточных двигателей

    Бесщеточные двигатели постоянного тока были изобретены в 1962 году Т.Г. Уилсон и П.Х. Трики, представленный в их статье AIEE под названием «Машина постоянного тока с твердотельной коммутацией».

    На бумаге они обрисовывают проблемы, которые хотели решить, и решения, которые они придумали. В своем разделе, посвященном фундаментальным соображениям, они описывают проблемы проектирования, которые необходимо решить для создания функционального бесщеточного двигателя:

    «Поскольку требуемое переключение проводников якоря должно выполняться с помощью статических элементов, желательно, чтобы переключающие элементы не сами вращаются. Этого можно добиться, поместив обмотку якоря на неподвижный элемент и заставив полюса возбуждения вращаться. Использование постоянного магнита для элемента поля устраняет необходимость подачи питания на ротор либо через щетки, либо через действие трансформатора […] ось магнитного поля, создаваемого током якоря, также должна вращаться и вращаться. с той же скоростью, что и ротор. С этой целью информация об угловом положении полюсов ротора должна непрерывно передаваться на статор, чтобы могло происходить точное переключение проводников якоря».

    В своем заключительном абзаце они описывают некоторые способы, которыми, по их мнению, их изобретение обеспечит преимущество перед коллекторными двигателями. Предложенные ими усовершенствования оказались невероятно точными: 

    «Это должно практически устранить радиопомехи в обычном смысле, а также износ и техническое обслуживание, с которыми сейчас сталкиваются щетки и коммутаторы. Машина должна обладать чрезвычайно высокой надежностью, а также долгим сроком службы».

    Основной аналог бесщеточных двигателей, щеточный двигатель, был изобретен более чем на 100 лет раньше, в 1856 году. Хотя с тех пор были достигнуты и другие успехи, этот капитальный технологический пересмотр давно назрел.

    Механизм бесщеточного двигателя

    Работа бесщеточного двигателя состоит из двух основных частей: 1) ротор, удерживающий постоянные магниты, 2) статор, удерживающий медные катушки, которые становятся электромагнитами, когда через них проходит ток.

    Бесколлекторные двигатели могут быть с внутренним ротором, когда статор расположен снаружи, а ротор вращается внутри, или они могут быть с внешним ротором, когда ротор вращается снаружи статора.

    Рис. 2. Двигатель с внутренним бегунком (слева) и двигатель с внешним бегунком (справа)

    Когда ток подается на катушку статора, она становится электромагнитом и образует северный и южный полюса. Когда полярность электромагнита совпадает с полярностью постоянного магнита, с которым он сталкивается, их одинаковые полюса отталкиваются, и ротор вращается.

    Если ток поддерживает эту конфигурацию, ротор будет вращаться на короткое время, а затем остановится, как только противоположные электромагниты и постоянные магниты выстроятся в линию. По этой причине ток подается в виде трехфазного сигнала таким образом, что полярность электромагнитов постоянно меняется, поэтому ротор продолжает вращаться.

    Двигатель вращается со скоростью, равной частоте трехфазного сигнала, поэтому, если вы хотите, чтобы двигатель работал быстрее, вы увеличиваете частоту сигнала. В автомобиле с дистанционным управлением скорость увеличивается за счет увеличения дроссельной заслонки, которая сообщает контроллеру увеличить частоту переключения.

    Чтобы знать, как и когда подавать питание на катушки, двигатель использует датчики Холла для определения относительного положения ротора и статора. Таким образом, электромагниты в статоре активируются в правильном порядке в нужное время, и двигатель продолжает двигаться.

    Для получения более подробной информации о механизме бесщеточного двигателя ознакомьтесь с нашей статьей «Как работают бесщеточные двигатели» .

    Схема бесщеточного двигателя

    Механизм бесщеточного двигателя проще всего описать с помощью схемы, которую вы можете увидеть ниже.

    Рис. 3: Бесщеточный двигатель GIF

    Бесщеточные двигатели могут быть как инраннерами, так и аутраннерами. Тот, что на диаграмме выше, является аутраннером, потому что его ротор, содержащий постоянные магниты, расположен снаружи статора. Каждый постоянный магнит также называют «полюсом», и количество полюсов двигателя может влиять на его характеристики.

    Постоянные магниты отталкиваются от электромагнитов, когда они выстраиваются в линию, толкая ротор по кругу, в то время как статор остается неподвижным, в данном случае против часовой стрелки (рис. 3).

    Контроллер двигателя справа, также называемый электронным регулятором скорости (ESC), подключен к источнику питания или аккумулятору с одной стороны и к двигателю с другой. Он может быть подключен непосредственно к устройству ввода дроссельной заслонки или удаленно, например, с помощью радиосигнала. ESC получает частоту сигнала дроссельной заслонки от контроллера и сообщает двигателю, насколько быстро он должен вращаться, регулируя его частоту переключения.

    Дополнительная литература: Как рассчитать Kv двигателя и количество полюсов

    Коллекторный и бесщеточный двигатели

    Коллекторные двигатели — это еще один тип электродвигателей, в котором для управления вращением используется концепция магнетизма.

    Коллекторные и бесщеточные двигатели различаются по нескольким параметрам, включая их механизм, эффективность и срок службы. Различия суммированы в этой таблице, а затем расширены ниже.

    Коллекторный двигатель

    Бесщеточный двигатель

    Коммутация

    Механический

    Электрика

    Эффективность*

    Нижний (75-80% тип.)

    Высшее (85-92%+ тип.)

    Тепло

    Высшее (20-25% входной мощности)

    Нижний (8-15% входной мощности)

    Первоначальная стоимость

    Нижний

    Высшее

    Требования к обслуживанию

    Высшее

    Нижний

    Контроль скорости двигателя

    Простой

    Более сложный

    Срок службы

    Нижний

    Высшее

    Электрический шум

    Высшее

    Нижний

    Безопасность воспламенения

    Хорошо

    Очень хорошо

    Управление низкой скоростью

    Хорошо

    Хорошо

    Максимальная скорость

    ~20 000 об/мин

    >100 000 об/мин

    Отношение крутящего момента к весу

    Нижний

    Высшее

    * Любой двигатель, работающий за пределами эффективного диапазона крутящего момента и скорости, будет иметь низкий КПД (<50%) и высокое тепловыделение.

    Коммутация: В коллекторном двигателе ток передается от коммутатора к обмоткам двигателя через физический контакт с щетками. В бесщеточном двигателе ток регулируется электрически путем включения и выключения катушек статора с помощью полупроводниковых переключателей.

    Эффективность: Бесщеточные двигатели обеспечивают более высокий крутящий момент на ватт потребляемой мощности, чем щеточные двигатели, что делает их более эффективными.

    Начальная стоимость: Бесщеточные двигатели, как правило, дороже, чем щеточные двигатели того же размера из-за повышенной сложности их контроллеров.

    Требования к техническому обслуживанию: Коллекторные двигатели быстро изнашиваются в местах соединения коллектора со щетками, поэтому компоненты требуют более частой замены. В бесщеточных двигателях нет компонентов, подверженных одинаковому износу, поэтому техническое обслуживание/замена требуется реже.

    Сложность управления скоростью двигателя: В коллекторном двигателе скорость двигателя просто регулируется приложенным к нему напряжением. В бесщеточном двигателе контроллер двигателя использует 3-фазный сигнал для управления скоростью вращения, поэтому передача сигнала является более сложной.

    Срок службы: Бесщеточные двигатели имеют более длительный срок службы по сравнению с щеточными двигателями, поскольку они не подвержены одинаковому износу и эрозии между компонентами. Тем не менее, коллекторные двигатели иногда можно восстановить, чтобы продлить срок их службы.

    Электрический шум: В дополнение к акустическому шуму, создаваемому двигателями, они также могут создавать электрические шумы, которые могут мешать другим компонентам системы. Коллекторные двигатели, как правило, создают больше электрических помех, чем бесщеточные, что может вызывать электромагнитные помехи в местных цепях. Без надлежащей изоляции эти помехи могут вызвать неисправность цепи и снижение производительности.

    Безопасность воспламенения: Бесщеточные двигатели с гораздо меньшей вероятностью образуют искры, которые могут воспламенить легковоспламеняющиеся материалы.

    Управление низкой скоростью: Коллекторные двигатели имеют простую систему управления, которая хорошо работает на низких скоростях. В сочетании с угловыми энкодерами и управляющей электроникой бесщеточные двигатели также могут вращаться с очень низкой скоростью. Это идеально подходит для таких приложений, как ховерборды или мощные серводвигатели. ODrives предлагает контроллер с открытым исходным кодом для таких приложений.

    Максимальная скорость: Из-за трения, присущего конструкции щеточного двигателя, они не подходят для использования на высоких оборотах. Щетки в двигателе склонны к нагреву с повышенной скоростью, что приводит к повышенному износу и высокой температурной ситуации. С другой стороны, бесщеточные двигатели не сталкиваются с этой проблемой из-за отсутствия щеток, поэтому могут работать на очень высоких оборотах.

    Соотношение крутящего момента к весу: В то время как щеточные двигатели могут создавать значительный крутящий момент, особенно на низких скоростях, бесщеточные двигатели, которые производят сопоставимый крутящий момент, значительно меньше, что дает им преимущество в соотношении крутящий момент: вес.

    Бесщеточные двигатели лучше?

    В предыдущем разделе обсуждались важные различия между щеточными и бесщеточными двигателями, но остается вопрос, лучше ли бесщеточные двигатели по своей природе?

    Как и во многих инженерных вопросах, решение зависит от того, как вы планируете использовать двигатель. Мы знаем, что коллекторные двигатели не идеальны для приложений с высокими оборотами, поэтому в этих областях преобладают бесщеточные двигатели. Более низкая эффективность и высокая стоимость обслуживания щеточных двигателей также делают их менее желательными для определенных целей.

    Тем не менее, щеточные двигатели имеют меньшую начальную стоимость, простое управление скоростью и обеспечивают плавное движение с высоким крутящим моментом на низких скоростях. Они также имеют линейную зависимость крутящего момента от скорости, что упрощает управление ими. Несмотря на то, что со временем они изнашиваются, эти другие характеристики делают их идеальным выбором для определенных устройств, таких как низкоскоростное промышленное оборудование, блендеры, стеклоочистители и мобильное медицинское оборудование.

    Рис. 4. Щеточные двигатели в стеклоочистителях

    С другой стороны, бесщеточные двигатели лучше всего подходят для тех областей, где требуются высокие обороты, таких как пилы, вентиляторы и пропеллеры. У них также есть преимущество в соотношении крутящего момента и веса, что важно для использования в некоторых транспортных средствах, таких как дроны и электрические самолеты, а также в областях, где требуется небольшой, но мощный двигатель, например, в микроробототехнике.

    Двигатели постоянного тока BLDC также подходят для приложений, где ожидается высокая интенсивность использования и требуется высокая эффективность, таких как аккумуляторные инструменты, радиоуправляемые автомобили, системы отопления и охлаждения и промышленное строительство. Одним из примеров являются системы обнаружения света и определения дальности (LiDAR), которые используются в роботизированных системах навигации и локализации, таких как беспилотные автомобили и дроны наблюдения.

    Рисунок 5: Система RPLiDAR, используемая для роботизированных навигационных приложений

    Применение бесщеточных двигателей постоянного тока

    Давайте углубимся в некоторые области применения бесщеточных двигателей.

    Промышленное строительство: Бесщеточные двигатели используются во многих промышленных процессах благодаря высокому крутящему моменту и долговечности. Вы можете увидеть их в станках с ЧПУ, линейных двигателях и серводвигателях. Они также используются в качестве исполнительных механизмов для управления движениями промышленных роботов при выполнении таких задач, как покраска, сборка изделий и даже сварка на предприятии Tata Steel в Великобритании (рис. 6).

    Рисунок 6: Сварочные роботы на сборочной линии Tata Steel

    Дома: Благодаря малому весу и высокой эффективности бесщеточные двигатели являются лучшим выбором для многих бытовых приборов. Они находятся практически в каждой комнате дома, в таких машинах, как пылесосы, кофемашины, фены, жесткие диски, принтеры и многое другое. Поскольку многие из этих устройств выпускаются в очень больших количествах, важно, чтобы они были высокого качества и надежности, чтобы избежать проблем с возвратом и обслуживанием клиентов.

    Аккумуляторные электроинструменты: Поскольку бесщеточные двигатели могут работать от перезаряжаемых батарей, они идеально подходят для аккумуляторных инструментов, требующих минимального веса и высоких оборотов. Аккумуляторные дрели стали доступны около десяти лет назад, но сейчас они составляют до 50% доступных моделей. Это одна из областей, где бесщеточные двигатели все еще должны конкурировать с щеточными двигателями, поэтому цена и частота использования являются ключевыми факторами при выборе модели.

    Радиоуправляемые машинки: Бесколлекторные двигатели могут вращаться на очень высоких оборотах и ​​быстро развивать скорость, поэтому они отлично подходят для использования в радиоуправляемых машинках. Характеристики двигателя RC, такие как Kv двигателя, размер и номинальная мощность, зависят от модели. Радиоуправляемые автомобили также могут иметь нитродвигатели, которые обеспечивают более длительное время работы, но сопряжены с осложнениями, связанными с покупкой бензина и заправкой автомобиля. Бесколлекторные двигатели, как правило, имеют преимущество в ускорении по сравнению с нитромоторами, поэтому они, как правило, лучше подходят для гонок.

    Рисунок 7. Внедорожный радиоуправляемый автомобиль Monster Truck с бесщеточным двигателем

    Бесщеточные двигатели для дронов

    Комбинированные характеристики бесщеточных двигателей делают их идеальными для использования в дронах. Они легкие, высокоэффективные, имеют широкий диапазон скоростей и высокий крутящий момент — все качества, полезные для БПЛА.

    Бесколлекторные двигатели для любительских дронов относительно недороги, что позволяет производителям дронов тестировать разные модели, чтобы определить, какие из них наиболее эффективны. Техническое обслуживание требуется редко из-за их высокой надежности, и часто замена двигателя дешевле, чем его ремонт.

    Для более крупных коммерческих дронов и пилотируемых дронов постоянно разрабатываются более крупные бесколлекторные двигатели, чтобы удовлетворить потребности в большей мощности, крутящем моменте и тяге. Эти двигатели вносят свой вклад в электрическую революцию, наблюдаемую в транспортной отрасли, которая включает в себя электрификацию существующих моделей самолетов и разработку новых самолетов eVTOL.

    Существует множество типов дронов, различающихся по размеру, стилю, источнику питания и функциям. Бесщеточные двигатели подходят для многих применений, хотя также используются бензиновые и гибридные двигатели.

    Для получения дополнительной информации о том, как выбрать бесколлекторный двигатель для вашего дрона, ознакомьтесь с нашей бесплатной электронной книгой по сборке и оптимизации дронов .

    Заключение

    Бесколлекторные двигатели можно найти практически во всех сферах нашей жизни, и их популярность только набирает популярность.