Motory BLDC
(1)Elektromotory, včetně stále populárnějších BLDC motorů (angl. Brushless Direct-Current Motor), také známých jako bezkartáčové motory nebo synchronní stejnosměrné motory DC (angl. Direct Current), jsou zařízení používaná k přeměně elektrické energie na mechanickou energii, nejčastěji v podobě rotačního pohybu. BLDC motory jsou jednou z mnoha skupin elektromotorů, která se díky svým nepochybným přednostem používají ve stále větším počtu zařízení, od počítačových komponentů, jako jsou optické mechaniky a chladicí ventilátory, přes ruční elektrické nářadí, hračky a dálkově ovládaná vozidla, např. drony, domácí spotřebiče, až po stroje a zařízení určené pro dopravu a pohyb, včetně koloběžek, jízdních kol a elektromobilů.
Konstrukce BLDC motorů
Bezkartáčové motory se ve srovnání s komutátorovými motory vyznačují odlišnou konstrukcí. Největším rozdílem mezi těmito dvěma typy pohonů je absence komutátoru spínajícího další vinutí rotorů v motorech BLDC. Místo toho zde existuje tzv. elektronická komutace – speciální regulátor přizpůsobený pro práci s BLDC motory řídí a spíná napájení na dalších vinutích statorů tak, aby vytvořil plynulý, rotující pohyb elektromagnetického pole, které je následováno rotorem, na němž jsou umístěny permanentní magnety (často v podobě silných neodymových magnetů). Přepínání dalších vinutí se provádí pomocí polovodičových prvků, jako jsou tranzistory. Pokud se vektor elektromagnetického pole vytvořeného vinutím úhlově posune vzhledem k vektoru magnetického pole vytvářeného magnety rotoru, vznikne točivý moment, který uvede rotor do pohybu.
Třífázové motory mohou mít vinutí zapojena do trojúhelníku, kde je konec každého vinutí připojen k začátku dalšího a napájení je přiváděno do každého ze tří bodů vytvořených tímto způsobem. Vinutí mohou být také zapojena do hvězdy, kde je jeden z konců vinutí připojen ve společném centrálním bodě, zatímco napájení je přiváděno na volné konce každého z nich. Trojúhelníkové spojení poskytuje menší točivý moment při nízkých otáčkách, ale umožňuje dosáhnout vyšší maximální rychlost otáček než v případě zapojení do hvězdy. V praxi je v případě BLDC motorů nejběžnější zapojení do hvězdy, protože v typických aplikacích se vyznačuje větší účinností.
Bezkartáčové motory jsou k dostání ve třech variantách, ve kterých je rotor obklopen statorem (angl. inrunners), stator je obklopen rotorem (angl. outrunners) nebo rotor a stator jsou ploché a rovnoběžné (angl. axial). V každém případě se rotor s permanentními magnety pohybuje vzhledem k nepohyblivé části s vinutími. BLDC motory s rotorem obklopujícím stator (tzv. outrunners) mají obvykle vyšší hodnoty točivého momentu při nízkých otáčkách. Vzhledem k tomu, že stator je nepohyblivý a je nedílnou součástí skříně, může chlazení probíhat hlavně kondukcí a k chlazení motoru není nutná žádná další nucená cirkulace vzduchu. Maximální výkon bezkartáčového motoru je v praxi omezen pouze množstvím uvolněného tepla, jehož přebytek může vést ke spálení izolace vinutí a následně k jeho zničení.
Řízení bezkartáčového motoru
Řídicí systém BLDC motorů se velmi často vyskytuje v podobě řízení se zpětnou vazbou. Elektronický senzor, nejčastěji v podobě Hallova senzoru, kontroluje aktuální úhlovou polohu rotoru, takže regulátor dostává informace o tom, jak přepínat další vinutí, aby bylo dosaženo co nejplynulejšího a nejstabilnějšího rotačního pohybu hřídele. Přizpůsobení fáze (tedy vlastně spínací frekvence vinutí statoru) a amplitudy stejnosměrných impulzů regulátorem umožňuje řídit rychlost otáčení a moment, který se vyskytne na hřídeli. Existují také řešení, která nemají senzory úhlové polohy rotoru. V takovém případě se používá signál „Back EMF“ (angl. Back Electromotive Force), který je generován rotujícími magnety (magnetické pole) připojenými k rotoru. Napětí indukované na každé z cívek je porovnáváno s centrálním napětím, které se vyskytuje v bodě připojení všech tří vinutí (v případě, že jsou zapojeny do hvězdy). Tyto signály jsou zesíleny a odeslány do systému detekce polohy rotoru a jejich průběhy jsou posunuty vzhledem k sobě o 120°. Problémem při použití takového řešení je okamžik startu, tj. okamžik nastartování motoru, protože tyto signály ještě nejsou generovány a poloha rotoru není známa.
Je důležité vědět, že BLDC motory mohou mít různý počet fází. Existují jednofázové, dvoufázové a třífázové BLDC motory. Čím je počet fází vyšší, tím je větší výkon a účinnost motoru a tím tišší je jeho chod díky plynulejšímu přepínání vinutí, které způsobuje menší vibrace konstrukce.
Přednosti BLDC motorů
Elektronická komutace v BLDC motorech, tzv. ECM (angl. Electronically Commutative Motors), a tedy absence komutátoru a uhlíkových kartáčů, které po něm kloužou, má mnoho výhod. Jedná se především o absenci jiskření, což je častý problém u komutátorových motorů. Díky tomu mohou být použity v zónách, kde může hrozit nebezpečí požáru nebo výbuchu. Nedochází také k žádné ztrátě energie, protože mezi uhlíkovými kartáči a komutátorem nedochází ke tření, které navíc může vést k nesprávnému provozu mikroelektronických systémů nacházejících se v blízkosti, a to vzhledem ke vznikajícímu elektronickému šumu. Životnost BLDC motoru je dána téměř výhradně životností a spolehlivostí ložisek použitých v jeho konstrukci. Absence kartáčů a komutátoru znamená také menší hmotnost BLDC motorů, jejich vyšší účinnost (ve srovnání s klasickými stejnosměrnými elektromotory) a tichý provoz. Mohou dosahovat i vysokých otáček, ale lze u nich snadno nastavit omezení tohoto parametru, jakož i je řídit při nízkých otáčkách.
Při výběru motoru BLDC je třeba věnovat pozornost tomu, pro jaké napájecí napětí je vhodný. To obvykle vyplývá z parametrů napájecího zdroje, který bude použit s regulátorem provozu daného motoru. V úvahu lze také vzít průměr hřídele a konfiguraci rotoru.
Sklad:
