Чем отличается коллекторный двигатель от бесколлекторного: Чем отличается коллекторный двигатель от бесколлекторного?

в чем разница и что лучше

Наша жизнь немыслима без всевозможных механизмов. Это детские игрушки, бытовая техника сложная электроника, промышленное оборудование и т.п. Во всех этих приборах и устройствах применяются электродвигатели, работающие от различных источников питания. В этой статье мы решили рассмотреть, чем отличаются коллекторные и бесколлекторные двигатели, а также какой тип двигателей лучше и почему.

• Коллекторные двигатели
• Бесколлекторные двигатели
• Плюсы и минусы сравниваемых двигателей
• Заключение

Коллекторные двигатели

Электродвигатели, используемые в детских игрушках, имеют небольшие габариты и малую мощность. Конструктивно коллекторный двигатель представляет собой два постоянных магнита, установленных на статоре, и ротор (якорь) с обмотками. Отметим, что на статоре могут быть и обмотки возбуждения, вместо постоянных магнитов.

К обмоткам подводится постоянное напряжение через ламели коллектора. Для подачи напряжения используются графитовые щетки. В двигателях малой мощности в качестве щеток применяются медные пластины.

Питаются коллекторные двигатели как от постоянного тока, так и от переменного. Для подключения питания они имеют два провода.

Бесколлекторные двигатели

Название электродвигателя говорит об отсутствии токосъемного устройства. Что является основной конструктивной разницей. Это позволяет снизить потери на трение и повысить мощность. При этом постоянные магниты смонтированы на роторе, а обмотки размещены на статоре.

Выпускаются бесколлекторные двигатели, у которых магниты смонтированы на корпусе. В этом случае корпус выполняет функцию ротора.

Для пуска двигателя требуется специальное устройство (контроллер или коммутатор), что увеличивает стоимость бесколлекторных электродвигателей.

Плюсы и минусы сравниваемых двигателей

Электродвигатели с коллектором применяются в детских игрушках, моделях автомобиля, судомоделировании и т. п. Более мощные устройства с обмоткой возбуждения применяются в автомобилестроении, бытовой технике, в токарном станке или сверлильном и т.д.

Широкое применение обусловлено:

• Невысокой ценой.
• Простотой управления. Для регулировки скорости достаточно иметь реостат, а для осуществления реверса — изменить полярность в цепи возбуждения или якоря.
• Можно подключать непосредственно к питающей сети.
• Скорости вращения ротора можно менять в широком диапазоне.
• Небольшие пусковые токи.

Но при простоте устройства коллекторные двигатели имеют недостатки:

• Невысокий КПД.
• Ограниченный срок службы.
• Необходимость в постоянном обслуживании.
• Невысокая надежность устройства.

При этом такие двигатели применяются не во всех отраслях промышленности. Их нельзя использовать во взрывоопасных помещениях. При эксплуатации на высоких скоростях быстро выходит из строя коллектор и щетки.

В результате происходит снижение мощности, а токоподводящие щетки начинают искрить. Такое конструктивное отличие приводит к быстрому выходу из строя ламелей коллектора, создаются помехи в радиоаппаратуре.

Щетки приходится менять, а коллектор протачивать, что сокращает срок службы двигателя. Это является основным недостатком таких устройств.

В бесколлекторных электродвигателях отсутствует коллектор. В этом состоит отличие бесеколлекторных двигателей от коллекторных, в связи с чем и отсутствуют указанные выше недостатки.

Достоинствами таких электрических машин являются:

• Отсутствие трущихся частей позволяет сократить потери мощности на трение. Не требуется постоянно следить за состоянием щеток, так как они отсутствуют. Это отличие позволяет увеличить межремонтный период.
• Возможность использования корпуса в качестве рабочего органа. Эта конструктивная разница позволяет применять механизмы непосредственно в качестве колес.
• Бесколлекторные электродвигатели, в отличие от коллекторных более долговечны. При этом они менее подвержены перегреву, т. к. отсутствует коллектор и щетки, которые в процессе работы сильно нагреваются.
• Мгновенно набирают обороты.
• Могут применяться во всех отраслях промышленности, в пожаро- и взрывоопасных помещениях. Из-за отсутствия коллектора не возникает искрения, чем они и лучше.

Но у данного типа двигателя имеется существенный недостаток: бесколлекторные модели можно использовать только с драйвером-коммутатором. С помощью этого устройства задаются режимы работы, скорость и направление вращения. При этом стоимость бесколлекторных двигателей значительно выше. Разница в стоимости может быть значительной. Это то, чем отличаются они от устройств с коллектором.

Малый вес и высокая мощность — это то, что лучше сочетается в приборах с дистанционным управлением, например, для квадрокоптера, где от веса и КПД зависит дальность и время полёта.

Заключение

Итак, подведем итоги и обозначим в чем разница между коллекторным и бесколлекторным двигателем, перечислив их особенности.

Коллекторный двигатель:

1. Есть щетки и коллектор, которые искрят и изнашиваются.
2. Нужно чаще обслуживать, соответственно и срок службы не слишком долгий.
3. Легко регулировать скорость лишь изменением напряжения.
4. Для реверса нужно просто сменить полярность.
5. Два предыдущих факта позволяют их использовать в бюджетных устройствах без сложных электросхем.

Бесколлекторный двигатель:

1. Для запуска нужен контроллер, который хоть и не слишком дорого стоит, но увеличивает конечную стоимость, схемотехнику и вес изделия.
2. Весят меньше чем коллекторные, при одинаковой мощности (но это частично компенсируется предыдущим фактом).
3. Нет щеток и коллектора, поэтому не требуют обслуживания, не искрят.
4. Больший срок службы, он ограничен лишь ресурсом подшипников ротора.
5. Стоят обычно дороже чем коллекторные.
6. Зачастую выдают больший момент на валу и обороты.
7. При наличии датчиков положения вала обеспечивают большую стабильность оборотов при изменении нагрузки (жесткая механическая характеристика).
   Это особенно важно при использовании на станках и ручном инструменте.

От автора:

Добавлю то, что нельзя однозначно сказать какой лучше или какой мощнее, можно найти коллекторный двигатель размером с холодильник, а можно бесколлекторный размером с ноготь. При этом оба будут отлично выполнять те функции, на которые рассчитаны и использоваться в конкретных устройствах с учетом требований к их надежности и особенностям эксплуатации. Каждый вид электропривода хорош по своему и идеален по конструкции как таковой.

Теперь вы знаете, в чем разница между коллекторным и бесколлекоторным двигателем, а также какие плюсы и минусы у каждого варианта исполнения. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Материалы по теме:

• Чем отличается трансформатор от автотрансформатора
• Разница между контактором и пускателем
• Что лучше поставить: дифавтомат или УЗО

Коллекторный и бесколлекторный двигатели

В ассортименте продукции Greenworks есть инструменты с коллекторным (щёточным) и бесколлекторным (бесщёточным) двигателями.

Но везде делается акцент только на бесколлекторном электродвигателе. Почему только на нём, и для чего тогда устройства с щёточным? Расскажем в данной статье преимущества и недостатки каждого электродвигателя и ответим на эти два вопроса.

Коллекторный двигатель

Начнём с того, что двигатель — это устройство, которое преобразует какой-либо вид энергии в механический и наоборот. Эффективность данного процесса зависит от внутренней конструкции двигателя, которая в свою очередь зависит от источника тока (постоянного или переменного).

Устройство коллекторного двигателя

Якорь. Стержнем всей конструкции является якорь, он же металлический вал. Вал является движущимся элементом, от которого зависит крутящий момент. На нём также располагается ротор.

Ротор. Связан с ведущим валом. Его внешняя конструкция напоминает барабан, который вращается внутри статора. Задача ротора получать или отдавать напряжение рабочему телу.

Подшипники. Они расположены на противоположных концах якоря для его сбалансированного вращения.

Щётки. Выполнены обычно из графита. Их задача предавать напряжение через коллектор в обмотки.

Коллектор (коммутатор). Он выполнен в виде соединенных между собой медных контактов. Во время процесса вращения он принимает на себя энергию с щёток и направляет её в обмотки.

Обмотки. Расположены на роторе и статоре разных полярностей. Их функция в генерировании собственного магнитного поля под воздействием разных полярностей, за счёт чего якорь приходит в действие.

Сердечник статора. Выполнен из металлических пластин. Может иметь катушку возбуждения с полярным напряжением обмотки ротора. Или — постоянные магниты. Данная конструкция зависит от источника напряжения. Является статичным элементом всего механизма.

Плюсы:

• Стоимость меньше, чем у бесколлекторных двигателей (БД).
• Конструкция относительно проще конструкции БД.
• В виду этого, техническое обслуживание проще.

Минусы:

На высоких оборотах увеличивается трение щёток. Отсюда вытекает:

• Быстрый износ щёток.
• Снижение мощности инструмента.
• Появление искр.
• Задымление инструмента.
• Выход из строя инструмента раньше его «жизненного цикла».

Если рассматривать бытовую сферу применения, то коллекторный двигатель является традиционным и бюджетным вариантом эксплуатации (и самым часто используемым).

Инструменты на данном типе двигателя преданно и верно справятся с любой повседневной задачей в пределах своих возможностей. Так как такие инструменты по стоимости значительно дешевле инструментов на бесколлекторном двигателе, их рассматривает категория потребителей, которая придерживается мнения: «ничто не вечно». Зачем переплачивать, если любой агрегат может выйти из строя? Мы же считаем, что при надлежащих условиях эксплуатации любой инструмент может прослужить верой и правдой довольно долгий срок. Но выбор за Вами.

Бесколлекторный двигатель

Если в коллекторном двигателе всё приходит в действие за счёт механики, то в бесщёточном — чистая электроника. Также позиции некоторых элементов в конструкции меняются местами. В коллекторном двигателе обмотки находились на роторе, а постоянные магниты — на статоре. У бесколлеторного — постоянные магниты переносятся на ротор, а катушки с обмоткой располагаются на статоре. Также ротор и статор могут менять свои позиции: есть модели двигателей с внешним ротором. Здесь отсутствуют щётки и коллектор, вместо них добавлен микропроцессор (контроллер) и кулер для охлаждения системы. Микропроцессор контролирует положение ротора, скорость вращения, равномерное распределение напряжения по катушкам обмотки.

Основные типы бесщёточного двигателя :

• Асинхронный — это двигатель, который преобразовывает электроэнергию переменного тока в механическую. Название происходит от разной скорости вращения магнитного поля и ротора. Частота вращения ротора меньше, чем у магнитного поля, создаваемого обмотками статора (Например, двигатель DigiPro, который используется в продукции Greenworks).
• Синхронный — это двигатель переменного тока, у которого частота вращений ротора равна частоте вращений магнитного поля.

Тип двигателя с внешним ротором

Расположение ротора и статора в бесщёточном двигателе DigiPro

Плюсы:

• Из-за отсутствия щёток меньше трения.
• Меньше подвержены износу.
• Отсутствие искр и возможного возгорания.
• Упрощенная регулировка крутящего момента в больших пределах.
• Экономия расходуемой энергии.
• У инструментов с реверсом одинаковая мощность в обоих направлениях вращения.
• Быстрый запуск с больших скоростей.
• Могут разгоняться до предельных показателей.
• Некоторые модели при сильной нагрузке оснащены системой защиты двигателя.

Минусы:

• Значительно дороже в цене, чем коллекторные двигатели.
• Техническое обслуживание более узкоспециализированное.

Несомненно бесколлекторные двигатели ориентированы на профессиональные работы с приличной нагрузкой. Несмотря на высокие показатели усовершенствованного типа двигателя, его единственный недостаток бьёт по кошельку. И перед тем, как приобретать инструмент на том или ином двигателе, прежде всего надо поставить перед собой вопрос: для каких целей он нужен. Уже исходя из ответа делать свой выбор.

Сколько людей — столько и мнений. Компания Greenworks старается делать качественную продукцию на разных типах двигателя, чтобы каждый мог подобрать себе инструмент по предпочтениям, функционалу и необходимой мощности под конкретные задачи, которые у каждого клиента свои. Именно поэтому, например, в разделе «Ручной инструмент» Вы можете наблюдать один тип агрегата на коллекторном и бесколлекторном двигателях. Какой лучше? Выбор за Вами!

Вернуться к списку

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока?

Компания Parvalux производит электродвигатели уже более 70 лет, и в этом коротком блоге рассказывается о существенных различиях между щеточными и бесщеточными электродвигателями постоянного тока.

Что такое коллекторный электродвигатель постоянного тока?

Коллекторный двигатель постоянного тока имеет постоянные магниты внутри внешнего корпуса с вращающимся якорем внутри. Постоянные магниты неподвижны и называются «статор». Вращающийся якорь содержит электромагнит и называется ротором.

В щеточном двигателе постоянного тока ротор вращается на 180 градусов, когда на якорь подается электрический ток. Чтобы пройти дальше начальных 180 градусов, полюса электромагнита должны поменяться местами. Угольные щетки контактируют со статором, когда ротор вращается, меняя магнитное поле и позволяя ротору вращаться на 360 градусов.

Преимущества

 

• Высокий пусковой крутящий момент:  Для приложений, требующих очень быстрого набора скорости, вам подойдет щеточный электродвигатель с высоким крутящим моментом. Например, в таких приложениях, как тягачи для прицепов, важен высокий пусковой крутящий момент.
• Низкая стоимость: Коллекторные двигатели постоянного тока относительно недороги в производстве и покупке по сравнению с бесщеточными двигателями постоянного тока.
• Подходит для промышленных условий:  Благодаря высокому пусковому моменту коллекторные двигатели также популярны в промышленных условиях.

Недостатки

 

• Риск увеличения объема технического обслуживания:  Из-за трения угольных щеток двигателя они со временем изнашиваются. В результате щеточные электродвигатели, скорее всего, потребуют некоторого обслуживания в виде очистки или замены щеток.
• Низкая скорость:  Несмотря на высокий пусковой момент, коллекторные двигатели не способны поддерживать высокие скорости. Это связано с тем, что работа коллекторного двигателя на постоянной высокой скорости может привести к его нагреву.

Что такое бесщеточный двигатель постоянного тока?

Подобно щеточному двигателю, бесщеточный двигатель работает за счет чередования полярности обмоток внутри двигателя. По сути, это щеточный двигатель наизнанку, что устраняет необходимость в щетках. В бесщеточном двигателе постоянного тока постоянные магниты установлены на роторе, а электромагниты на статоре. Электронный регулятор скорости (ESC) регулирует или «коммутирует» заряд электромагнитов в статоре, чтобы ротор мог вращаться на 360 градусов.

Преимущества

• Долгий срок службы:  Бесщеточные двигатели постоянного тока не имеют щеток, что означает, что они требуют меньше обслуживания, чем их щеточные аналоги.
• Эффективность:  Отсутствие щеток означает, что скорость не теряется, что делает бесщеточные двигатели постоянного тока немного более эффективными, обычно на 85–90 % по сравнению с их щеточными аналогами при типичном КПД 75–80 %.
• Бесшумная работа:  Из-за отсутствия щеток бесщеточные двигатели работают очень тихо и имеют особенно плавную работу. Это особенно полезно для приложений, требующих таких свойств, таких как подъемники для пациентов.

Недостатки

• Требуется контроллер: Бесщеточные двигатели постоянного тока должны быть подключены к электронному регулятору скорости (ESC), чтобы обеспечить подачу тока на электромагниты.
• Стоимость:  Из-за необходимости наличия контроллера бесщеточные двигатели постоянного тока могут быть дороже.

Для получения дополнительной информации о том, какой коллекторный или бесщеточный двигатель постоянного тока лучше всего подходит для вашего применения, свяжитесь с нашей командой. Просто позвоните по телефону +1 508 677 0520, чтобы поговорить с одним из наших экспертов — мы с нетерпением ждем вашего ответа!

Разница между щеточными и бесщеточными двигателями

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями? У одного есть кисти, а у другого нет, верно?

Хотя на первый взгляд это, конечно, правда, реальный вопрос заключается в том, почему существуют оба типа? Каковы основные преимущества и ограничения каждого из них?

Читайте дальше, чтобы узнать.

СВЯЗАННЫЕ: 10 САМЫХ ВАЖНЫХ ИЗОБРЕТЕНИЙ НИКОЛЫ ТЕСЛЫ

Но, прежде чем мы приступим к сравнению двух, полезно потратить некоторое время на обсуждение каждого типа двигателя в отдельности.

Что такое коллекторный двигатель?

В коллекторном двигателе постоянного тока используются обмотки из проволочной обмотки, называемые якорем, которые действуют как двухполюсный электромагнит. Дважды за цикл направление тока меняется на противоположное коммутатором, который представляет собой механический поворотный переключатель. Полюса электромагнита тянут и толкают постоянные магниты снаружи двигателя. Затем коммутатор меняет полярность электромагнита якоря, когда его полюса пересекают полюса постоянных магнитов, образуя постоянный ток.

«Рабочий конец» щеточного двигателя постоянного тока — узел ротора с обмотками коллектора и электромагнита. Источник: Zach Hoeken/Flickr

Коллекторные двигатели были первыми коммерчески важными двигателями, которые уже более 100 лет используются для управления двигателями в коммерческих и промышленных целях. Они являются самыми основными и используются с конца 1800-х годов.

Коллекторные двигатели можно регулировать по скорости, изменяя рабочее напряжение или силу магнитного поля внутри них.

Этот уровень управления очень полезен для многих приложений.

Коллекторные двигатели, как правило, состоят из четырех основных компонентов: 

• Статор
• Ротор или якорь
• Щетки (очевидно)
• Коллектор

В следующем разделе мы обсудим, как работают эти компоненты.

Как работает коллекторный двигатель?

Как упоминалось ранее, коллекторный двигатель состоит из четырех основных компонентов. Первый, называемый статором, создает стационарное магнитное поле, окружающее ротор.

Типичная конструкция коллекторного двигателя DB.

Вверху слева: Полный двигатель и корпус.

Вверху справа: (слева направо) пластиковая крышка с открытыми щетками, ротор с коммутатором и электромагнитными обмотками, а также корпус с постоянными магнитами и статором внутри.

Внизу слева: Изолированный узел ротор/якорь (обмотки электромагнита коммутатора и т.д.).

Внизу справа: Крупный план пластиковой крышки с электродами-щетками.

Источник: Илья Криворук/Wikimedia Commons

Это магнитное поле создается с помощью двух изогнутых постоянных магнитов. Эти магниты обычно стационарны (не двигаются), отсюда и термин.

Также важно отметить, что северный полюс одного будет направлен на ротор, а южный полюс другого — на ротор.

Ротор, или якорь, состоит из проволочных катушек, которые при прохождении через них электричества могут создавать магнитное поле.

Это часть, которая движется (отсюда и название «ротор») и вращает главный вал двигателя.

Из-за магнитного полярного притяжения магнитное поле ротора будет пытаться выровняться/оттолкнуться от поля статора, заставляя ротор вращаться вокруг своей оси.

Когда к двигателю подается электричество, создается магнитное поле, которое притягивает (и отталкивает) неподвижные магниты в статоре. Чтобы ротор продолжал вращаться, магнитное поле необходимо менять на противоположное каждые 9 секунд.0016 180-градусный поворот ротора (в простом одноякорном коллекторном двигателе).

Упрощенная схема простого коллекторного двигателя постоянного тока. Модифицировано из: Jared Owen/YouTube

Это изменение магнитной полярности ротора осуществляется щетками двигателя (обычно сделанными из углерода) и коммутатором (частью, которая «коммутирует» или реверсирует электрический ток на якорь ротора. Щетки обычно всего два неподвижных электрода, которые трутся о кольцо коммутатора, когда оно вращается вместе с ротором.0003

Щетки также будут подпружинены, чтобы обеспечить их контакт с коллектором.

Коллектор обычно состоит из небольшого, обычно медного цилиндра, прикрепленного к ротору с разрывами через равные промежутки (например, 180 градусов в роторе с одним якорем). Электрический ток будет течь через одну половину коммутатора, через якорь и обратно из другой половины коммутатора.

Самые популярные

По мере вращения ротора (якоря) вращается и коммутатор, постоянно замыкая и разрывая электрическую цепь щетками. Это приводит к тому, что магнитные полюса обмоток ротора меняют магнитную полярность, поскольку цепь размыкается в одном направлении и восстанавливается в другом, т. е. ток меняется на противоположный каждые 180 градусов .

Более сложные двигатели будут иметь ряд якорей с разрывами между ними на коллекторе. Это помогает предотвратить возможное заклинивание двигателя, если щетки замыкают цепь через зазоры коллектора.

Другими словами, каждый контур якоря по очереди становится электромагнитом и притягивает/отталкивает внешние фиксированные постоянные магниты статора. Довольно аккуратно.

В реальных двигателях якорь также будет состоять из массы проводов, а не из одного провода. Это помогает значительно улучшить силу электромагнита и, следовательно, крутящий момент двигателя.

Более сложная схема коллекторного двигателя постоянного тока. Обратите внимание на несколько якорей и связанные с ними разрывы в кольце коммутатора. Источник: Джаред Оуэн/YouTube

Обычно коллекторные двигатели постоянного тока размещаются в корпусе из штампованной стали и оцинкованном корпусе с пластиковой крышкой на одном конце. В корпусе и крышке обычно есть ряд отверстий, которые обычно присутствуют для обеспечения потока воздуха через двигатель, чтобы предотвратить перегрев.

Также обычно имеются отверстия для винтов для установки двигателя на место. Пластиковая крышка также будет удерживать пару соединительных контактов для подключения источника питания и предотвращения короткого замыкания из-за контакта с металлическим корпусом двигателя.

Если у вас возникли проблемы с визуализацией работы коллекторного двигателя постоянного тока, вот отличное моделирование.

Для чего используются коллекторные двигатели?

Коллекторные двигатели постоянного тока (BLDC) можно найти практически везде в вашем доме и в пути. Всякий раз, когда требуется средство преобразования электричества во вращательное движение, скорее всего, вы найдете коллекторный двигатель постоянного тока.

В вашем доме любая движущаяся игрушка или электронное устройство, скорее всего, будет иметь его. Электрические зубные щетки, моторизованные хлеборезки, любимая радиоуправляемая машинка вашего ребенка — все они используют преимущества этих удивительных инженерных решений.

В более широком мире щеточные двигатели постоянного тока до сих пор широко используются в таких машинах, как электрические двигательные установки, краны, буровые установки и сталепрокатные станы, и это лишь некоторые из них, из-за возможности изменять отношение крутящего момента к скорости, только для щеточных двигателей

Что такое бесщеточный двигатель?

В отличие от щеточных двигателей постоянного тока, как следует из названия, бесщеточные двигатели постоянного тока избавляются от необходимости использования щеточных электродов для вращения ротора. Они также устраняют необходимость в физическом коммутаторе.

Схема бесколлекторного двигателя постоянного тока. Изменено из: JAES/YouTube

Также известные как двигатели с электронной коммутацией (ECM или EC-двигатели), они, как широко считается, имеют более высокое отношение мощности к весу, скорость, уровень контроля и более низкие требования к техническому обслуживанию по сравнению с щеточными двигателями. .

Они также частично меняют принцип работы коллекторного двигателя. Например, на роторе используются постоянные магниты, а для вращения ротора используются управляемые электромагниты.

Бесщеточные двигатели обычно бывают двух видов: 

• Inrunner — здесь статор расположен снаружи ротора.
• Outrunner — здесь статор находится внутри ротора. Это относится к старым дисководам для гибких дисков и т. д. Этот термин происходит от того факта, что ротор вращается снаружи.

Пример бесколлекторного двигателя постоянного тока с внешним бегунком. Этот пример представляет собой демонтированный дисковод для гибких дисков. Обратите внимание на радиальные катушки статора слева и «крышку» ротора справа. Постоянные магниты представляют собой серое кольцо по периметру ротора. Источник: Себастьян Коппехель/Wikimedia Commons

В бесщеточном двигателе медные катушки обмотки фиксированы, так как это постоянный магнит, который вращается вместе с ротором. Небольшая печатная плата используется для имитации работы щеток в обычном коллекторном двигателе путем управления подачей энергии на электромагниты.

Кроме того, основной принцип технологии такой же, как у коллекторного двигателя, хотя применение немного отличается. Бесщеточные двигатели впервые появились в 1960-х годах благодаря появлению твердотельной электроники.

Как работает бесщеточный двигатель?

Мы уже подробно рассмотрели, как работает коллекторный двигатель. Бесщеточный двигатель, как предполагалось ранее, работает аналогичным образом, за исключением того, какие части неподвижны, а какие вращаются.

Электрический ток на ротор вообще не подается, а постоянные магниты крепятся к валу, а не к статору. Катушки электромагнита закреплены на статоре, поэтому больше нет необходимости в щеточных электродах и коммутаторе.

Как и в матовых катушках электромагнитов, здесь катушки обычно состоят из сердечника из мягкого железа, обернутого проволокой.

Стационарные катушки электромагнита последовательно включаются и выключаются, чтобы временно намагнитить их для отталкивания или притяжения постоянных магнитов на роторе. По сути, они используют магнетизм, чтобы толкать и тянуть магниты, прикрепленные к ротору, чтобы влиять на вращение вала.

Схема, показывающая принцип работы бесщеточного двигателя. В этом случае катушка 2 и ее противоположная партнерская катушка находятся под напряжением. «Крышка» внешнего ротора вращается за счет притяжения противоположных магнитных полюсов внутренних катушек электромагнита и внешних фиксированных постоянных магнитов. В этом случае ротор будет вращаться против часовой стрелки. Источник: JAES/YouTube

Таким образом, крутящий момент создается постоянным смещением магнитных полей ротора и статора. Когда постоянные магниты пытаются выровняться, система управления двигателем автоматически либо выключает, либо меняет полярность электромагнитов, чтобы сохранить несоосность полей.

Это достигается за счет использования датчиков, способных определять угол поворота ротора (в частности, постоянных магнитов) в любой момент времени. Затем полупроводниковые переключатели, такие как транзисторы, используются для изменения электрического тока через электромагнитные обмотки.

Как и в коллекторном двигателе, магнитное поле катушек может быть изменено на противоположное по требованию путем изменения направления тока в них. Их также можно полностью отключить, просто отключив катушку от электрического тока (например, выключив ее).

Вращением вала также можно управлять, регулируя величину тока в катушках.

Еще один пример бесколлекторного двигателя постоянного тока. Статор слева, а ротор (с видимыми постоянными магнитами) справа. Источник: Ленц Гриммер/Flickr 9.0004 Для чего используются бесщеточные двигатели?

Бесщеточные двигатели постоянного тока, как и щеточные, сегодня используются практически повсеместно. Из-за их высокой эффективности и управляемости, не говоря уже о более длительном сроке службы, они, как правило, используются в устройствах, которые либо работают постоянно, либо регулярно используются.

Их можно найти, например, в стиральных машинах, кондиционерах, электрических вентиляторах и другой бытовой электронике. Благодаря тому, как они работают, они способствовали значительному снижению энергопотребления многих современных электронных устройств.

Электромобили и дроны также хорошо используют бесколлекторные двигатели благодаря их способности обеспечивать точное управление. Это очень важно, поскольку дронам необходимо постоянно и точно контролировать скорость каждого ротора, чтобы выполнять такие действия, как зависание.

Вы также можете найти их в вакуумных машинах, и раньше они использовались для вращения жестких дисков в старых компьютерах. Они также широко используются в сборках компьютерных вентиляторов.

Демонтированный бесщеточный канальный вентилятор постоянного тока. Не два больших электромагнита с фиксированной катушкой и печатная плата. Источник: Materialscientist/Wikimedia Commons

Долговечность и эксплуатационная надежность в течение длительного времени, а также энергоэффективность и высокое соотношение выходной мощности и габаритов быстро делают их предпочтительным двигателем для многих разрабатываемых сегодня электронных устройств.

По этой причине ожидается, что бесщеточные двигатели будут находить все более широкое применение. Например, они, вероятно, станут общей чертой сервисных роботов, поскольку бесщеточные двигатели лучше подходят для управления усилием, чем другие альтернативы, такие как шаговые двигатели.

В чем основное различие между щеточными и бесщеточными двигателями?

К настоящему моменту вы уже должны понимать разницу между двумя типами двигателей. Учитывая их различные конструкции, есть некоторые другие неотъемлемые преимущества одного над другим.

К ним относятся, помимо прочего: 

• Коллекторные двигатели относительно неэффективны из-за потерь мощности из-за трения и передачи мощности через систему коммутаторов.
С другой стороны, бесщеточные двигатели
• более эффективны из-за отсутствия механических потерь, наблюдаемых в щеточных двигателях.
• Благодаря своей конструкции коллекторные двигатели имеют более короткий срок службы из-за износа щеток. Обычно они требуют замены каждые два-семь лет, в зависимости от рабочих температур и рабочей среды.
• Поскольку в бесщеточных двигателях отсутствуют щетки и физические коммутаторы, они требуют меньше общего обслуживания.

Изменено из: Shaswat Regmi/YouTube

• Коллекторные двигатели требуют более сложных методов управления скоростью. Понижение напряжения снижает крутящий момент двигателя, но это происходит за счет более низких скоростей, поскольку крутящий момент резко падает.
Бесщеточные двигатели
• относительно просты в управлении. По этой причине крутящий момент имеет тенденцию быть выше на более низких скоростях для бесщеточных двигателей.
• Коллекторные двигатели имеют тенденцию работать слишком быстро, чтобы их можно было использовать в большинстве приложений. По этой причине им, как правило, требуется система зубчатых передач для снижения скорости и, следовательно, увеличения крутящего момента.
Однако бесщеточные двигатели
• в этом отношении превосходны. По этой причине они часто используются напрямую без необходимости передачи. В некоторых специальных приложениях может использоваться зубчатая передача, если они требуют очень высокой точности или большего крутящего момента.
Бесщеточные двигатели
• легче, долговечнее, эффективнее и безопаснее для некоторых приложений. Они также работают намного тише.
Втулочные двигатели
• могут генерировать искры, что нежелательно в местах, где существует опасность взрыва. По этой причине бесщеточные двигатели часто являются предпочтительным выбором для работы в опасных условиях.
• Многие инструменты, в которых используются бесщеточные двигатели, часто называют «умными двигателями». Это связано с тем, что датчики используются для определения сопротивления двигателя для таких вещей, как электрические дрели. Таким образом, подача тока может регулироваться автоматически. Это позволяет таким инструментам быть очень эффективными с точки зрения потребления электроэнергии.
• Учитывая относительную сложность бесколлекторных двигателей, неудивительно, что они, как правило, дороже. Коллекторные двигатели, с другой стороны, относительно дешевы.

И это, как говорится, накрутка.

Надеемся, теперь у вас есть представление о двух типах двигателей и основных принципах, лежащих в основе их конструкции. Теперь вы также должны оценить относительные плюсы и минусы любого устройства.

Итак, в следующий раз, когда вы подумываете о приобретении электроинструмента или мотора для своего следующего проекта, вы, возможно, захотите раскошелиться на бесщеточный инструмент?

For You

инновации

Исследователи разработали передовую технологию, которая вернула зрение 20 людям, страдающим слабым зрением/слепотой.