BLDC-motoren
(1)Elektromotoren, waaronder de steeds populairder wordende BLDC-motoren (Eng. Brushless Direct-Current Motor), ook bekend als borstelloze motoren of DC synchrone motoren (Eng. Direct Current), zijn toestellen die worden gebruikt om elektrische energie om te zetten in mechanische energie, gewoonlijk in de vorm van rotatie. BLDC motoren zijn een van de vele groepen elektromotoren die, dankzij hun onbetwistbare voordelen, worden gebruikt in een toenemend aantal apparaten, gaande van computeronderdelen zoals optische schijven en koelventilatoren, tot handgereedschap, speelgoed en op afstand bestuurbare voertuigen zoals drones, huishoudapparaten, en machines en toestellen voor vervoer en mobiliteit, waaronder scooters, fietsen en elektrische auto's.
Ontwerp van BLDC-motoren
Borstelloze motoren worden, in vergelijking met commutatormotoren, gekenmerkt door een ander ontwerp. Het grootste verschil tussen de twee soorten aandrijvingen is het ontbreken van een commutator die de opeenvolgende rotorwikkelingen bij BLDC-motoren schakelt. In plaats daarvan beschikken zij over zogenaamde elektronische commutatie – een speciaal voor gebruik met BLDC-motoren aangepaste regelaar beheert en schakelt de stroomtoevoer op de opeenvolgende statorwikkelingen zodanig dat een soepele, draaiende beweging van het elektromagnetische veld ontstaat, die wordt gevolgd door een rotor waarop permanente magneten (vaak in de vorm van sterke neodymium magneten) zijn geplaatst. Het schakelen van de opeenvolgende wikkelingen geschiedt door halfgeleiderelementen zoals transistors. Indien de vector van het door de wikkeling opgewekte elektromagnetische veld hoekig wordt verplaatst ten opzichte van de vector van het door de rotormagneten opgewekte magnetische veld, ontstaat een koppel dat de rotor in beweging brengt.
Bij driefasenmotoren kunnen de wikkelingen in een driehoek zijn verbonden, waarbij het uiteinde van elke wikkeling is verbonden met het begin van de volgende, en op elk van de drie aldus gevormde punten stroom wordt gezet. De wikkelingen kunnen ook in ster geschakeld zijn, waarbij één uiteinde van de wikkelingen op een gemeenschappelijk middelpunt is aangesloten, terwijl op de vrije uiteinden van elke wikkeling stroom wordt gezet. De delta-schakeling levert minder koppel bij lage toerentallen, maar maakt een hogere topsnelheid mogelijk dan een sterschakeling. In de praktijk is de sterverbinding het meest gebruikelijk voor BLDC-motoren, omdat deze efficiënter is in typische toepassingen.
Borstelloze motoren kunnen drie varianten hebben, waarbij de rotor omgeven is door de stator (Eng. inrunners), de stator omgeven is door de rotor (Eng. outrunners) of de rotor en stator vlak en parallel zijn (Eng. axial). In elk geval is het de rotor met de permanente magneten die beweegt ten opzichte van het stationaire gedeelte met de wikkelingen. Gewoonlijk hebben BLDC motoren met een rotor die de stator omgeeft (zogenaamde outrunners) hogere koppelwaarden bij lage toerentallen. Aangezien de stator stilstaat en een integrerend deel uitmaakt van de behuizing, kan de koeling hoofdzakelijk plaatsvinden door inductie en is er geen extra geforceerde luchtcirculatie nodig om de motor te koelen. Het maximumvermogen van een borstelloze motor wordt in de praktijk slechts beperkt door de hoeveelheid warmte die vrijkomt, waarvan een teveel de isolatie van de wikkelingen kan verbranden en bijgevolg vernielen.
Borstelloze motorbesturing
De BLDC-motorbesturing wordt heel vaak uitgevoerd in de vorm van terugkoppeling. Een elektronische sensor, gewoonlijk in de vorm van een Hall-sensor, controleert de huidige hoekpositie van de rotor, die de regelaar informatie verschaft over hoe de opeenvolgende wikkelingen moeten worden geschakeld om de soepelste en meest stabiele rotatie van de as te verkrijgen. Door de fase (in feite de schakelfrequentie van de statorwikkelingen) en de amplitude van de gelijkstroompulsen aan te passen, kan de regelaar de rotatiesnelheid en het koppel dat op de as verschijnt, regelen. Er zijn ook oplossingen zonder rotorhoeksensoren. Het "Back EMF" signaal wordt dan gebruikt (Eng. Back Electromotive Force), die wordt opgewekt door roterende magneten (magnetisch veld) die aan een rotor zijn bevestigd. De geïnduceerde spanning op elke spoel wordt vergeleken met de centrumspanning, die optreedt op het punt waar alle drie de wikkelingen zijn aangesloten (als ze in ster zijn geschakeld). Deze signalen worden versterkt en naar het rotorpositiedetectiesysteem gezonden en hun golfvormen worden 120° ten opzichte van elkaar verschoven. Het probleem bij het gebruik van een dergelijke oplossing is het moment van starten, d.w.z. het opstarten van de motor, aangezien deze signalen nog niet zijn gegenereerd en de positie van de rotor nog niet bekend is.
Het is de moeite waard te weten dat BLDC motoren een verschillend aantal fasen kunnen hebben. Er wordt onderscheid gemaakt tussen eenfasige, tweefasige en driefasige BLDC-motoren. Hoe groter het aantal fasen, hoe groter het vermogen en de efficiëntie van de motor, en hoe stiller hij loopt, als gevolg van het soepeler schakelen van de wikkelingen, wat minder trillingen in de structuur veroorzaakt.
Voordelen van BLDC-motoren
Elektronische commutatie bij BLDC-motoren, de zogenaamde (Eng. Electronic Commutation Machine), en dus de afwezigheid van een commutator en schuivende koolborstels, brengt vele voordelen met zich mee. Bovendien is er geen vonkvorming, wat een veel voorkomend probleem is bij commutatormotoren, zodat zij kunnen worden gebruikt in ruimten waar brand- of explosiegevaar bestaat. Er is ook geen energieverlies, aangezien er geen wrijving is tussen de koolborstels en de commutator, die bovendien kan leiden tot storingen in nabijgelegen micro-elektronische systemen als gevolg van de opgewekte elektronische ruis. De levensduur van een BLDC motor wordt bijna uitsluitend bepaald door de levensduur en betrouwbaarheid van de lagers die in de constructie worden gebruikt. Het ontbreken van borstels en commutator betekent ook dat BLDC-motoren lichter, efficiënter (vergeleken met traditionele gelijkstroom-elektromotoren) en stiller zijn. Zij kunnen ook hoge snelheden bereiken, maar er kunnen gemakkelijk grenzen aan deze parameter worden gesteld, en zij kunnen ook bij lage snelheden worden bestuurd.
Bij de keuze van een BLDC-motor is het van belang te weten voor welke voedingsspanning deze is ontworpen. Dit zal gewoonlijk gebaseerd zijn op de parameters van de voeding die samen met de controller zal worden gebruikt om die specifieke motor aan te drijven. Ook de asdiameter en de waaierconfiguratie kunnen in aanmerking worden genomen.
Magazijn:
