Бесколлекторные двигатели

В основе работы бесколлекторного (brushless) двигателя постоянного тока лежит синхронный принцип действия (синхронное изменение ЭДС и скорости). На роторе двигателя закреплены постоянные магниты 1, а на набранном из пластин статоре 2 - трехфазная обмотка 3, соединенная по схеме «звезда» или «треугольник».

Рис.1.54. Бесколлекторный двигатель

Источник: http://labelworld.ru/Archive/LW/2007/4/2/vres2.png

Питание обмотки осуществляется таким образом, чтобы в статоре создавалось вращающееся магнитное поле. Для этого с помощью полупроводникового коммутатора производится последовательное переключение питания фаз. Поскольку постоянный магнит всегда стремится занять положение по линии магнитного поля, при подобном управлении питанием статора ротор приходит во вращение. Для реализации обратной связи пространственное положение (угол поворота) ротора контролируется с помощью специального датчика, установленного на валу двигателя.

Рис.1.55. Управление бесколлекторным двигателем при помощи датчиков Холла

Источник: http://www.gaw.ru/im/doc/micros/avr/avr443/avr443_pic1_1.gif

Как правило, для этого применяется датчик Холла или оптронный датчик, который соединяется с полупроводниковым коммутатором. В качестве коммутатора используется контроллер или сервоусилитель, управляющий силовыми ключами каскада усиления мощности (транзисторами), к которым подключена обмотка двигателя. В зависимости от угла поворота ротора коммутатор переключает транзисторы, регулируя питание фаз обмотки. Коммутатор и датчик угла поворота ротора выполняют функции щеточно-коллекторного узла коллекторных двигателей постоянного тока.

Рис.1.56. коммутационных состояний обмоток и выходные сигналы датчиков Холла

Источник: http://www.gaw.ru/im/doc/micros/avr/avr443/avr443_pic2_2.gif

При необходимости вал электродвигателя может изготавливаться полым для компакт­ной проводки через него электрических, пневматических и иных коммуникаций.

Бесколлекторные двигатели постоянного тока характеризуются широким диапазоном регулирования скорости вращения, превосходя по этому показателю двигатели переменного тока. Вместе с тем отсутствие трения между ротором и статором обу­словливает следующие преимущества по сравнению с коллекторными двигателями:

  • очень высокую надежность (срок службы ограничен фактически только ресурсом подшипников и постоянных магнитов * );
  • очень высокий КПД ( до 95%);
  • линейность рабочей характеристики;
  • минимальный уровень шума;
  • минимальное выделение тепла;
  • отсутствие затрат на техническое обслуживание.

Для увеличения ресурса работы в бесколлекторных двигателях постоянного тока применяются обладающие повышенной намагниченностью постоянные магниты на основе редкоземельных металлов - неодим-железо-борового магнитного сплава Nd 2Fe 14B.

IDevice Icon Коммутационные состояния бесколлекторного двигателя

Рис.1.57. коммутационных состояний обмоток и выходных сигналов датчиков Холла

Источник: http://users.tinyworld.co.uk/flecc/brushless_motor.html

В результате за полный цикл происходит вращение ротора на один оборот, что показано на анимации.

Рис.1.58. Анимация работы бесколлекторного двигателя

Источник: http://www.ryerson.ca/~fsharifi/Courses/MEC830/AC-DC/Servo%20Magnetics%20Inc_%204-

Pole%20Brushless%20DC%20Motor%20-%20GIF%20Animation_files/4-pole-bldc-motor021804.gif