Σπίτι > Ειδήσεις > Περιεχόμενο
Κινητήρες DC χωρίς ψήκτρες: Χαμηλή αδράνεια, γρήγορη απόκριση
Aug 23, 2017

Τα πιο συχνά αναφερόμενα πλεονεκτήματα των κινητήρων DC (BLDC) χωρίς ψήκτρες είναι η υψηλή αξιοπιστία και η χαμηλή συντήρηση - το αποτέλεσμα της αντικατάστασης των βούρτσας / μηχανικού κομβικού οργάνου με έναν ηλεκτρονικό ελεγκτή μεταγωγής και μια συσκευή ανατροφοδότησης ρότορα. Πράγματι, το "πλεονέκτημα χωρίς ψήκτρες" μπορεί να επεκτείνει τη διάρκεια ζωής του κινητήρα BLDC σε περίπου 15.000 ώρες, γεγονός που με τη σειρά του προσφέρει τα πρόσθετα οφέλη από λιγότερες αντικαταστάσεις κινητήρων και μικρότερο χρόνο διακοπής λειτουργίας των μηχανημάτων. Αλλά το πλεονέκτημα χωρίς ψήκτρες δεν σταματά εκεί. Στον κόσμο της υψηλής ακρίβειας, αυτοματοποιημένων μηχανημάτων, οι κινητήρες BLDC δεν είναι απλώς ένα πλεονέκτημα, αλλά μια απαίτηση. Σημαντική περίπτωση: τα μηχανήματα υψηλής ακρίβειας χρειάζονται όχι μόνο υψηλή αξιοπιστία, αλλά και υψηλή απόδοση - γρήγορη επιτάχυνση και επιβράδυνση στις επιχειρησιακές αλλαγές, καθώς και εύκολη αντιστρεψιμότητα, πολύ υψηλές ταχύτητες λειτουργίας και σταθερά χαρακτηριστικά ταχύτητας ροπής. Αυτό είναι όπου τα οφέλη των κινητήρων BLDC εκτείνονται πέρα ​​από την αξιοπιστία και τη συντήρηση και σε απόδοση. Για κινητήρα BLDC, το χαρακτηριστικό υψηλής απόδοσης του είναι κυρίως το αποτέλεσμα του σχεδιασμού του ρότορα.

Σχεδίαση ρότορα

Το κλειδί για τα χαρακτηριστικά υψηλής απόδοσης του κινητήρα BLDC με χαμηλή αδράνεια και γρήγορη απόκριση είναι ο σχεδιασμός του ρότορα και ο τύπος των μόνιμων μαγνητών που χρησιμοποιούνται. Ο πιο συνηθισμένος σχεδιασμός ρότορα ενός κινητήρα BLDC είναι η προσάρτηση μόνιμων μαγνητών "πεδίου" αξονικά στον άξονα του ρότορα είτε σε κυλινδρική είτε σε προεξέχουσα διαμόρφωση πόλου. Τα πηνία οπλισμού του κινητήρα τοποθετούνται στον πυρήνα του περιβλήματος του στάτορα. Αυτό είναι το αντίθετο των brushed rotor κινητήρων συνεχούς ρεύματος, οι οποίες χρησιμοποιούν βαριά ρεύματα που μεταφέρουν ρεύμα για να σχηματίσουν το μαγνητικό πεδίο του κινητήρα. Σε συνδυασμό με μηχανικό μεταλλάκτη και πυρήνα σιδήρου, ο brushed DC rotor έχει μεγάλη συνολική μάζα, δίνοντάς του υψηλή αδράνεια, η οποία είναι ένα ανεπιθύμητο χαρακτηριστικό για ακριβείς λειτουργίες τοποθέτησης, ειδικά για μικρά φορτία αδρανείας. Ως εκ τούτου, ο εσωτερικός σχεδιασμός ενός δρομέα BLDC έχει ως αποτέλεσμα ένα ελαφρύτερο, μικρότερο διάμετρο, πιο συμπαγές, χαμηλό σχεδιασμό αδράνειας. Επιπλέον, επειδή χρησιμοποιούνται μόνιμοι μαγνήτες για το πεδίο του κινητήρα BLDC αντί των ηλεκτρομαγνητικών περιελίξεων, έχουν βελτιωθεί η θερμική ψύξη. Με τους αγωγούς μεταφοράς ρεύματος που είναι τοποθετημένοι στο περίβλημα του κινητήρα, αντί της εσωτερικής πλευράς του κινητήρα στο ρότορα, η διασπορά θερμότητας είναι ευκολότερη και ταχύτερη στο εξωτερικό περιβάλλον. Έτσι, ένας κινητήρας BLDC μπορεί να παράγει περισσότερη ισχύ από τους brushed DC κινητήρες σε σχέση με το μέγεθός του και οι ενεργειακές του απώλειες ουσιαστικά εξαλείφονται, γεγονός που αποτελεί πλεονέκτημα για την αποδοτικότητα του κινητήρα.

Μόνιμοι μαγνήτες

Το χαρακτηριστικό γρήγορης απόκρισης των κινητήρων BLDC εξαρτάται όχι μόνο από το σχεδιασμό του ρότορα αλλά και από την επιλογή μόνιμων μαγνητών που χρησιμοποιούνται για το μαγνητικό πεδίο του κινητήρα. Γενικά, υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι μόνιμων μαγνητών που χρησιμοποιούνται σε κινητήρες BLDC: Alnico, Ferrites και σπάνια γήινα κράματα.

Οι μαγνήτες Alnico χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπου η μαγνητική σταθερότητα είναι κρίσιμη. Έχουν υψηλή αντίσταση και ενέργεια, μέτρια υψηλή αντοχή, δονητική σταθερότητα και εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας (πάνω από 500oC). Ωστόσο, είναι μηχανικά σκληρά καθιστώντας τους δύσκολο να σφυρηλατήσουν και μηχανή. Οι μαγνήτες φερρίτη (που ονομάζονται επίσης κεραμικοί μαγνήτες) είναι "κατασκευασμένοι από μικτά οξείδια οξειδίου του σιδήρου με δισθενές οξείδιο μετάλλου είτε βαρίου είτε στροντίου". Μπορούν να παραχθούν σε μεγάλες ποσότητες και σε διάφορα μεγέθη. Είναι μαγνήτες χαμηλού κόστους σε σχέση με την παραγωγή ενέργειας. επιπροσθέτως, εμφανίζουν υψηλή συνεκτικότητα, υψηλή αντίσταση και χαμηλή πυκνότητα. Μέχρι πρόσφατα, ήταν ο πιο δημοφιλής τύπος μαγνητικού κινητήρα. Ωστόσο, η πρόσφατη εξέλιξη σε μεγάλους περιορισμούς, οι μαγνήτες σπάνιων γαιών έχουν βελτιώσει σημαντικά τις επιδόσεις του κινητήρα BLDC. Σε σύγκριση με τους μαγνήτες φερρίτη, οι μαγνήτες σπάνιων γαιών έχουν χαμηλότερη αδράνεια και μέγεθος προς ροπή, γεγονός που τις καθιστά κατάλληλες για εφαρμογές υψηλής απόδοσης.

Η πρώτη γενιά σπάνιων γαιών, μόνιμοι μαγνήτες, με βάση το κοβάλτιο σαμαρίου, κυκλοφόρησε στη δεκαετία του 1970. Τα οφέλη τους περιλάμβαναν υψηλή παραμένουσα πυκνότητα ροής, υψηλή δύναμη καταναγκασμού, υψηλή ενέργεια, γραμμική καμπύλη απομαγνητισμού και συντελεστή χαμηλής θερμοκρασίας. Χρησιμοποιούνταν συνήθως σε κινητήρες χαμηλού όγκου, καθώς και σε κινητήρες που λειτουργούσαν σε υψηλότερες θερμοκρασίες (π.χ. γεννήτριες χωρίς ψήκτρες για μικροτραύρια). Ωστόσο, ήταν αρκετά δαπανηρές λόγω περιορισμών στην παροχή. Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, εμφανίστηκε η δεύτερη γενιά μαγνητών σπάνιων γαιών, βασισμένη στο νεοδύμιο (Nd), οι οποίες ήταν λιγότερο δαπανηρές αφού η Nd είναι πιο άφθονη από το σαμάριο. Η δεύτερη γενιά, οι μαγνήτες σπανίων γαιών δεν παράγονται μόνο σε μεγαλύτερες ποσότητες, έχουν καλύτερες μαγνητικές ιδιότητες. Το κύριο πλεονέκτημα αυτών των μαγνητών σπάνιων γαιών είναι ότι βελτίωσαν την αναλογία απόδοσης προς το κόστος για τους κινητήρες καθώς και για άλλες εφαρμογές.

Υψηλή απόδοση

Οι εφαρμογές υψηλής απόδοσης ή θέσης ακριβείας απαιτούν μια κίνηση κινητήρα να ανταποκρίνεται γρήγορα σε μια μεταβαλλόμενη συνολική αδράνεια φορτίου (κινητήρας + αντανακλαστική αδράνεια) και εντός των συνθηκών λειτουργίας που απαιτούνται από την εφαρμογή. Οι μονάδες τροφοδοσίας μηχανών αποτελούν καλό παράδειγμα εφαρμογής υψηλής απόδοσης, όπου οι σερβοκινητήρες BLDC χρησιμοποιούνται συνήθως. Σε αυτή την εφαρμογή, εμφανίζονται πολλές μικρές αλλαγές επιτάχυνσης για μικρά φορτία. Για να ανταποκριθεί σε αυτές τις συνθήκες λειτουργίας, ο κινητήρας πρέπει να είναι τόσο γρήγορος όσο και σταθερός. Για να προσδιοριστεί το χαρακτηριστικό απόκρισης ενός κινητήρα, οι λόγοι "ροπής-αδρανείας (T / J) χρησιμοποιούνται ως μέσο για την εκτίμηση των επιδόσεων επιτάχυνσης των σερβοκινητήρων". Όσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία T / J, τόσο υψηλότερη είναι η επιτάχυνση του κινητήρα τόσο ταχύτερη είναι η ανταπόκριση του συστήματος. "Και δεδομένου ότι ο λόγος T / J είναι ανάλογος προς το 1 / Diameter2, οι κινητήρες μικρότερης διαμέτρου έχουν μεγαλύτερους λόγους T / J." Δεδομένου ότι οι κινητήρες BLDC με μαγνήτες σπάνιας γης έχουν μικρότερες διαμέτρους από εκείνους με κεραμικούς μαγνήτες, είναι ιδανικοί για μικρές αδράνειες φορτίου , εφαρμογές υψηλής απόδοσης, καθώς οι αναλογίες T / J είναι υψηλές. Αλλά η χαμηλή αδράνεια, οι κινητήρες BLDC είναι ευαίσθητοι στο φορτίο. καθώς αυξάνεται η αδράνεια του φορτίου, μειώνεται ο λόγος T / J, προκαλώντας μια πιο αργή, λιγότερο σταθερή απόκριση. Για εφαρμογές αδρανείας μεγάλου φορτίου, οι κεραμοκινητήρες αποτελούν καλύτερη επιλογή για την εφαρμογή, επειδή οι σχέσεις τους T / J δίνουν λιγότερη δυναμική απόρριψη.