BLDC motory
(1)Elektromotory, vrátane čoraz populárnejších motorov BLDC (ang. Brushless Direct-Current Motor), zvaných bezkefové motory alebo jednosmerné synchrónne motory, sú zariadenia používané na premenu elektrickej energie na mechanickú energiu, zvyčajne vo forme rotačného pohybu. Motory BLDC sú jednou z mnohých skupín elektromotorov, ktoré sa vďaka svojim nesporným výhodám používajú v čoraz väčšom počte zariadení, od počítačových komponentov, ako sú optické mechaniky a chladiace ventilátory, cez ručné elektrické náradie, hračky a diaľkovo ovládané vozidlá, ako sú drony, domáce spotrebiče až po stroje a zariadenia na prepravu a mobilitu vrátane kolobežiek, bicyklov a elektromobilov.
Konštrukcia motorov BLDC
Bezkefové motorysa v porovnaní s komutátorovými motormi vyznačujú odlišnou konštrukciou. Najväčším rozdielom medzi týmito dvoma typmi pohonov je absencia komutátora, ktorý by prepínal jednotlivé rotorové vinutia v motoroch BLDC. Namiesto toho majú takzvanú elektronickú komutáciu – špeciálny regulátor prispôsobený na použitie s motormi BLDC riadi a prepína napájanie na postupné statorové vinutia tak, aby sa vytvoril plynulý, rotačný pohyb elektromagnetického poľa, ktorý nasleduje rotor, na ktorom sú umiestnené permanentné magnety (často vo forme silných neodymových magnetov). Prepínanie po sebe idúcich vinutí sa vykonáva pomocou polovodičových prvkov, ako sú tranzistory. Ak sa vektor elektromagnetického poľa generovaného vinutím uhlovo posunie vzhľadom na vektor magnetického poľa generovaného magnetmi rotora, vznikne krútiaci moment, ktorý uvedie rotor do pohybu.
Trojfázové motory môžu mať vinutia zapojené do trojuholníka, kde koniec každého vinutia je spojený so začiatkom nasledujúceho a do každého z troch výsledných bodov je privedený výkon. Vinutia môžu byť zapojené aj do hviezdy, kde je jeden koniec vinutia pripojený v spoločnom stredovom bode a výkon je privádzaný na voľné konce každého vinutia. Trojuholníkové zapojenie poskytuje menší krútiaci moment pri nízkych otáčkach, ale umožňuje vyššie maximálne otáčky ako pri zapojení do hviezdy. V praxi sa pri motoroch BLDC najčastejšie používa zapojenie do hviezdy, pretože je v bežných aplikáciách efektívnejšie.
Bezkefové motory sa môžu vyskytovať v troch typoch, keď je vonkajšou časťou stator ( ang. inrunners), rotor ( ang. outrunners) alebo keď sú rotor a stator ploché a rovnobežné (ang. axial). V oboch prípadoch je to rotor s permanentným magnetom, ktorý sa pohybuje vzhľadom na nepohyblivú časť vinutia (ang. axial). Motory BLDC s rotorom okolo statora (tzv. outrunners) majú zvyčajne vyššie hodnoty krútiaceho momentu pri nízkych otáčkach. Keďže stator je stacionárny a je neoddeliteľnou súčasťou korpusu, chladenie môže prebiehať najmä kondukčne a nie je potrebná žiadna dodatočná nútená cirkulácia vzduchu. Maximálny výkon bezkefového motora je v praxi obmedzený len množstvom uvoľneného tepla, ktorého prebytok môže spáliť izoláciu vinutia a následne ho zničiť.
Riadenie bezkefového motora
Systém riadenia BLDC motorov má veľmi často podobu spätnoväzbového riadenia. Elektronický snímač, najčastejšie vo forme Hallovho snímača, kontroluje aktuálnu uhlovú polohu rotora, vďaka čomu riadiaca jednotka získava informácie o tom, ako prepínať po sebe idúce vinutia, aby sa dosiahol čo najplynulejší a najstabilnejší rotačný pohyb hriadeľa. Reguláciou fázy (alebo skôr frekvencie spínania statorových vinutí) a amplitúdy jednosmerných impulzov môže regulátor riadiť rýchlosť otáčania a krútiaci moment, ktorý sa objaví na hriadeli. Existujú aj riešenia bez snímačov uhla rotora. V tomto prípade sa používa signál "Back EMF" (ang. Back Electromotive Force), ktorý je generovaný rotujúcimi magnetmi (magnetické pole) pripojenými k rotoru. Napätie indukované na každej cievke sa porovnáva so stredným napätím, ktoré vzniká v mieste, kde sú všetky tri vinutia spojené (ak sú zapojené do hviezdy). Tieto signály sa zosilnia a odošlú do systému na zisťovanie polohy rotora a ich priebehy sa navzájom posunú o 120°. Problémom pri takomto riešení je moment rozbehu, t. j. spustenia motora, pretože tieto signály ešte nie sú generované a poloha rotora nie je známa.
Motory BLDC môžu mať rôzny počet fáz. Rozlišujú sa jednofázové, dvojfázové a trojfázové motory BLDC. Čím vyšší je počet fáz, tým vyšší je výkon a účinnosť motora a tým tichšia je jeho prevádzka vďaka plynulejšiemu prepínaniu vinutí, čo spôsobuje menšie vibrácie v konštrukcii.
Výhody BLDC
Elektronická komutácia v motoroch BLDC, takzvaných ECM (Electronically Commutative Motors), a teda absencia komutátora a uhlíkových kief, ktoré sa po ňom kĺžu, ponúka mnoho výhod. Predovšetkým nedochádza k iskreniu, čo je bežný problém komutátorových motorov, vďaka čomu sa môžu používať v oblastiach, kde môže hroziť nebezpečenstvo požiaru alebo výbuchu. Nedochádza ani k energetickým stratám, pretože medzi uhlíkovými kefkami a komutátorom nevzniká trenie, ktoré môže navyše viesť k poruchám blízkych mikroelektronických systémov v dôsledku vytváraného elektronického šumu. Životnosť motora BLDC závisí takmer výlučne od životnosti a spoľahlivosti ložísk použitých v jeho konštrukcii. Absencia kief a komutátorov tiež znamená, že motory BLDC sú ľahšie, účinnejšie (v porovnaní s konvenčnými jednosmernými elektromotormi) a tichšie. Môžu dosahovať aj vysoké otáčky, ale je ľahké nastaviť limity tohto parametra, ako aj regulovať ich pri nízkych otáčkach.
Pri výbere motora BLDC je dôležité venovať pozornosť tomu, pre aké napájacie napätie je vhodný. Zvyčajne to vychádza z parametrov napájacieho zdroja, ktorý sa bude používať s regulátorom na prevádzku motora. Do úvahy možno vziať aj priemer hriadeľa a konfiguráciu rotora.
Sklad:
