Что такое бесщеточный двигатель, полный анализ от принципов до преимуществ

В прошлом щеткие двигатели постоянного тока широко использовались в различном небольшом механическом оборудовании из -за их простой структуры и удобного управления. Тем не менее, они полагаются на углеродные кисти и коммутаторов, чтобы переключить направление тока. Этот механический контакт не только ограничивает их срок службы, но и вызывает ряд проблем, таких как частое обслуживание, громкий шум и искра.

 

Появление бесщеточных двигателей является мощным ответом на эти проблемы. Благодаря конструкции электронных контроллеров, заменяющих механические коммутаторы и датчики зала, помогающие позиционировать, бесщеточные двигатели сделали качественные улучшения в долговечности, энергоэффективности и интеллектуального контроля. Они не только подходят для высококлассных промышленных приложений, но и быстро вступают в такие отрасли, как потребительская электроника, новое энергетическое оборудование и роботы, которые имеют чрезвычайно высокие требования для стабильности и эффективности.

 

Бесщеточные двигатели не только означают более низкие затраты на эксплуатацию и обслуживание и более длительный жизненный цикл оборудования, но и представляют собой возможность обновить интеллект и высокую точность.

 

-- Механизм сотрудничества датчика Холла + Электронный контроллер

Хотя бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) имеет «DC» в своем названии, его логика управления гораздо сложнее, чем вТрадиционные двигатели DCПолем Эта сложность является его преимуществом, что делает его эффективным, точным и низким уровнем технического обслуживания. Итак, как работает бесщеточный мотор? Ключ заключается в двух основных компонентах: датчики эффекта зала и электронные контроллеры (драйверы).

 

1. Бесщеточная структура

-- текущая коммутация без кистей

В традиционных матовых двигателях ток совершается в обмотках через контакт между углеродными щетками и коммутатором. В бесщеточных двигателях нет кистей или коммутаторов. Итак, как завершено действие по коммутации? Ответ: Коммутация завершается электронным контроллером вместо ручной работы.

 

Это делает бесщеточный двигатель более кратким в физической структуре, избегая таких проблем, как трение, износ и искры, а также значительно повышая надежность.

2. Датчик эффекта зала

-- обеспечивает точную обратную связь положения ротора

Чтобы достичь эффективной коммутации, электронный контроллер должен знать положение тока ротора (постоянный магнит), чтобы он мог точно переключить порядок подачи энергии катушек. Эта «чувствительная» задача передается датчику эффекта зала.

 

Датчик зала может ощутить изменение магнитного поля ротора в реальном времени и вывести соответствующий сигнал. Получив эти сигналы, электронный контроллер решает, какие обмотки в следующий раз заряжаются, тем самым непрерывно управляя ротором, чтобы повернуть и образуя полную электромагнитную систему с закрытой контукой.

 

Из этой структуры датчик Холла похож на «глаза» двигателя, а электронный контроллер - это «мозг». Они работают вместе, чтобы завершить точные операции по коммутации.

3. Электронный контроллер

-- Интеллектуальный центр бесщеточного двигателя

Электронный контроллер несет не только операцию коммутации, но и необходимо выполнять ряд функций, таких как регулирование тока, управление скоростью, защита от мягкого запуска и т. Д.В зависимости от приложения он может поддержать:

• Квадратный волновой привод (более экономичный, подходит для недорогих применений)
• Синусоидажный привод (более гладкая работа, подходит для высококлассных сценариев)
• Раствор без зала (полагается на обратный EMF, чтобы обнаружить положение ротора, подходящее для компактных или чувствительных к стоимости устройств)

Высокопроизводительный контроллер также может быть интегрирован с компьютерной системой Encoder, PLC или хоста для достижения управления с замкнутым контуром и интеллектуального управления.

 

-- бесщеточные двигатели имеют три основных преимущества

После понимания принципа работы бесщеточных двигателей нам легче понять, почему они могут постепенно заменить традиционные моторы. Чтобы увидеть разницу между ними более интуитивно, я буду анализировать их из трех аспектов: жизнь, эффективность и эксплуатационные показатели.

1. Более длительный срок службы

-- Конструкция без трения, больше нет износа угольных щеток

Самой большой физической слабостью бесщеточных двигателей является постоянное трение между углеродными щетками и коммутатором. Со временем углеродные щетки изнашиваются, вызывая загрязнение пыли и требующие регулярной замены, увеличивая затраты на техническое обслуживание и риски простоя.

 

Напротив, бесщеточные двигатели не имеют компонентов физической коммутации, а их процесс «коммутации» завершается электронным управлением, полностью устраняя источник износа. Это означает, что бесщеточные двигатели могут непрерывно работать в течение десятков тысяч часов или даже дольше, почти без технического обслуживания и особенно подходят для промышленных случаев с высокими рабочими частотами или чрезвычайно высокими требованиями к надежности.

 

2. Более высокая эффективность

-- Электронная коммутация имеет быстрый отклик и низкую потерю энергии

Традиционные матовые двигатели неизбежно имеют потерю энергии и задержки коммутации из -за механических трения и электрических искры. Бесщеточные двигатели используют очень отзывчивую систему электронной коммутации с эффективностью, как правило, выше 85%-90%, что намного лучше, чем матовые двигатели.

 

Кроме того, путем точно управлять обмотчивым возбуждением, бесщеточный двигатель может регулировать выходную мощность в режиме реального времени в соответствии с нагрузкой, еще больше повышая эффективность энергоэффективности системы. Это особенно стратегически ценно для компаний B-END, которые преследуют оптимизацию потребления энергии.

3. Более низкий шум и электромагнитные помехи

-- гладкая работа и более дружелюбная

Из -за трения между углеродной кистью и коммутатором и контактной дугой, матовые двигатели часто сопровождаются шумом, искры и даже мешают другим электронным оборудованию во время работы.

 

Бесщеточные двигатели не содержат искры и без трения во время эксплуатации. Они не только имеют чрезвычайно низкий шум, но и работают лучше с точки зрения электромагнитной совместимости. Они особенно подходят для использования в медицинских инструментах, экспериментальном оборудовании, офисных роботах и ​​других случаях, когда требуется тишина и стабильность.

 

Из этих трех аспектов мы можем четко знать, что бесщеточные двигатели-это не только отсутствие «кистей», но и полностью обновляются с точки зрения стратегии управления, эффективности эффективности и долгосрочной стабильности. Это фундаментальная причина, по которой он может заменить матовые двигатели в больших количествах в передовых областях, таких как промышленная автоматизация, медицинская электроника, роботы и беспилотные системы.

 

 

Хотя бесщеточные двигатели в основном одинаковы, их структуры можно разделить на внутренние роторы (Inrunner) и внешние роторы (Outrunner) в соответствии с позиционными отношениями между ротором и статором. Различные структурные типы определяют применимость двигателя с точки зрения выходных характеристик, отклика крутящего момента, макета размера и т. Д. Для производителей понимание этого различия поможет сделать более точный выбор и проектирование системы.

1. Внутренний ротор бесщеточный двигатель

Во внутреннем двигателе ротора ротор расположен в центре двигателя, а статор окружен ротором. Эта структура является наиболее распространенным типом в промышленном и автоматическом оборудовании и имеет следующие характеристики:

• Быстрый отклик и небольшой момент инерции: подходит для применений с частыми запусками и остановками или требующим высокого динамического управления;
• Компактный размер и гибкая установка: легко интегрировать в небольшое пространство;
• Сильные высокоскоростные возможности: обычно используются в оборудовании с ЧПУ, электроинструментами, энергетическими системами и т. Д.

Типичные применения: сервоприводы промышленной автоматизации, двигатели AGV Drive, лазерные сканеры, инструменты медицинского анализа и т. Д.

2. Внешний ротор бесщеточный двигатель

Структура двигателя внешнего ротора является точно противоположностью внутреннего ротора: статор находится внутри, а ротор находится снаружи и оборачивается вокруг статора для вращения. Эта структура может вывести более высокий крутящий момент из -за его большего момента инерции и более длительного рычага, и особенно подходит для сценариев с низкой скоростью и высоким уровнем крутящего момента.

• Большой выходной момент: более подходит для управления средними и низкоскоростными устройствами, такими как вентиляторы, маховики, электрические скейтборды и т. Д.
• Более плавная работа и лучшая способность противоположность: благодаря более высокой инерции ротора;
• Хорошая производительность рассеяния тепла: корпус ротора представляет собой интегральное вращающее тело, которое способствует воздушному охлаждению.

Типичные приложения: вентиляторы DC, дроны, умные электрические скейтборды, роботы с низкой скоростью и т. Д.

 

3. Как выбрать соответствующий тип структуры

Тип приложения	Рекомендуемый тип структуры	Причина
Высокоскоростный точный контроль	Внутренний ротор	Небольшая инерция, быстрый ответ, легко контролировать
Низкая скорость и высокий крутящий момент	Внешний ротор	Длинная рычага, стабильный выход, плавная работа
Ограниченное пространство установки	Внутренний ротор	Более компактные и легче интегрировать
Высокие требования к рассеянию	Внешний ротор	Интегральное вращение корпуса способствует воздушному охлаждению
Высококачественная автоматизация\/сервопривода	Внутренний ротор	Высокая точность контроля и чувствительный отклик системы

 

Тип бесщеточного двигателя, который будет выбран, требует баланса между требованиями к скорости, ограничениями пространства, выходным крутящим моментом, совместимостью системы управления и другими факторами. VSD может предоставить индивидуальные предложения и проверку прототипов для клиентов в разных отраслях.

 

--от промышленной автоматизации до интеллектуальных устройств

Бесщеточные двигатели быстро проникают в несколько отраслей промышленности из -за их высокой эффективности, долговечности, низкого шума и легкого контроля. От традиционного производства до интеллектуальных технологий, от микро-определения оборудования до крупных энергосистем, они продемонстрировали сильную адаптивность. Ниже приведены некоторые типичные классификации сценариев применения, чтобы помочь производителям быстро понять широкий спектр использования бесщеточных двигателей.

 

1. Промышленная автоматизация и робототехника

• Автоматизированные управляемые транспортные средства (AGV) и обработка роботов: им требуется энергосистема, которая может работать в течение длительного времени, запускаться и останавливаться часто, и обладает высокой стабильностью;
• Машины с ЧПУ и сервоприводы: они имеют чрезвычайно высокие требования для точности позиционирования и скорости отклика и подходят для использования с бесщеточными сервоприводами;
• Автоматизированное оборудование для производственной линии: может быть интегрировано с ПЛК или промышленным Ethernet для достижения точного управления управлением и энергопотреблением.

 

2 медицинское и испытательное оборудование

• Электрические рабочие столы, вентиляторы, инъекционные насосы и т. Д. Требуются тишина, стабильность и надежность;
• Молекулярные диагностические и лабораторные инструменты: низкие электромагнитные помехи и длинные двигатели необходимы для поддержки высокочастотной операции;
• Реабилитационный робот: требует высокой чувствительности и низкоскоростной мощности высокой точки.

 

3. Потребительская электроника и интеллектуальные устройства

• Высококачественные вентиляторы, пылесосы, массажеры и другие продукты для умного дома;
• Портативные инструменты для путешествий, такие как беспилотники, электрические скейтборды и электрические велосипеды;
• Игровые контроллеры, PTZ, электрические линзы и другие приложения для управления.

 

4. Новые системы энергии и возобновляемых источников энергии

• Двигатели для управления рысканием и высоты тона в системах выработки ветроэнергетики;
• Позиционирование приводов в системах солнечной отслеживания;
• Электромобильные вспомогательные системы (электрические водяные насосы, вентиляторы, приводы сидений).

 

Благодаря популяризации и углублению бесщеточных автомобильных технологий на рынке много поставщиков, а качество продукта и уровень обслуживания варьируются.Для производителей бесщеточных моторных решений, преследующих стабильность, устойчивость и высокую производительность, выбор надежного моторного партнера имеет решающее значение.

 

Как технологическая компания, ориентированная на исследования и разработки и производство DC Motors, VSD стремится предоставлять глобальным клиентам высокопроизводительные,настраиваемые бесщеточные моторные решения, которые широко используются в таких отраслях, как промышленная автоматизация, медицинское оборудование, интеллектуальные роботы и новые энергетические системы.

 

Почему выбирают бесщеточный мотор VSD

1. Диверсифицированные линейки продуктов для удовлетворения различных потребностей

Доступны как внутренний ротор, так и внешний ротор;

Стандартные модели охватывают различные сценарии применения от микро до среднего;

Поддерживает настройку параметров, таких как напряжение, крутящий момент, размер, тип вала, протокол интерфейса и т. Д.

 

2. Сильные возможности исследований и разработок и техническая поддержка

Обладать более 30 основными патентами на моторику;

Создание сотрудничества в области исследований и разработок со многими университетами и исследовательскими институтами;

Обеспечить универсальную услугу от предложения выбора → Настройка решения → Тестирование прототипа → Массовая доставка.

 

3. Строгая система управления качеством

Прошел ISO9001, CE, ROHS и другие международные сертификаты;

Каждый мотор проходит несколько тестов на производительность и надежности перед выходом из фабрики;

Поддержите сторонние проверки и аудит клиента на месте.

 

4. Глобальное доверие клиентов и долгосрочное сотрудничество

Мы предоставили индивидуальные решения для клиентов из таких стран, как Германия, Япония, Соединенные Штаты и Великобритания;

Существуют успешные случаи в таких проектах, как системы AGV, хирургическое оборудование, электроинструменты и фотоэлектрические контроллеры;

Доставка зарубежных заказов стабильна, а технический ответ быстрый.

 

Независимо от того, находитесь ли вы на ранних стадиях разработки продукта или ищете партнера для оптимизации вашего существующего моторного решения, VSD предоставит вам сильную поддержку профессиональной команде и зрелым системам.