موتور جریان مستقیم بدون جاروبک (BLDC) نوعی موتور DC است که به جای برسها و کموتاتورهای مکانیکی سنتی از یک کموتاتور الکترونیکی استفاده میکند. اصل اصلی آن کنترل جهت جریان در سیمپیچهای استاتور از طریق مدارهای الکترونیکی است و در نتیجه به چرخش مداوم روتور دست مییابد.
تجزیه و تحلیل زیر چهار بعد را شامل می شود: ساختار، اصل کار، روش کنترل و کاربردهای سودمند:
ترکیب سازه
یک موتور DC بدون جاروبک عمدتاً از سه قسمت تشکیل شده است:
استاتور: هسته ای ساخته شده از ورقه های فولادی سیلیکونی چند لایه که با سیم پیچ ها پیچیده شده است، که در هنگام انرژی یک میدان مغناطیسی چرخشی ایجاد می کند.
روتور: به طور معمول یک آهنربای دائمی (مانند آهن نئودیمیم بور)، از طریق برهمکنش میدان مغناطیسی می چرخد.
کموتاتور الکترونیکی: متشکل از سنسورهای اثر هال، رمزگذارهای موقعیت یا الگوریتمهای بدون حسگر (مانند تشخیص EMF عقب)، موقعیت روتور را در زمان واقعی نظارت میکند و کموتاسیون جریان استاتور را کنترل میکند.
اصل کار
موتورهای DC سنتی برای تغییر مکانیکی جهت جریان به برس ها و یک کموتاتور متکی هستند، در حالی که موتورهای بدون جاروبک این فرآیند را از طریق مدارهای الکترونیکی انجام می دهند:
تشخیص موقعیت روتور: حسگرها یا رمزگذارهای اثر هال موقعیت قطب مغناطیسی روتور را تشخیص می دهند و سیگنال را به راننده منتقل می کنند.
کنترل کموتاسیون جریان: بر اساس موقعیت روتور، درایور سیم پیچ های استاتور را در یک دنباله خاص (به عنوان مثال، سه مرحله -فاز شش-) انرژی می دهد و یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کند. به عنوان مثال، یک مدار درایو سه فاز-پر{6}، اختلاف فاز جریان های فاز U، V و W را از طریق ترکیبی از شش کلید برق (MOSFET یا IGBT) کنترل می کند و باعث می شود که میدان مغناطیسی در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد.
تولید گشتاور: آهنرباهای دائمی روتور میدان مغناطیسی دوار را تعقیب می کنند و گشتاور پیوسته تولید می کنند. به عنوان مثال، هنگامی که میدان مغناطیسی استاتور در مراحل زاویه الکتریکی 120 درجه بچرخد، روتور به طور همزمان دنبال میشود و به عملکرد صاف دست مییابد.
روش های کنترل
کنترل موج مربعی (BLDC): سیگنال درایو یک موج مربعی است و زاویه کموتاسیون فعلی ثابت است (مثلاً 120 درجه یا 150 درجه). مناسب برای برنامه های حساس به هزینه با سرعت پایین (مانند فن، پمپ).
مزایا: کنترل ساده، هزینه کم. معایب: موج گشتاور زیاد، نویز زیاد.
کنترل موج سینوسی پالسی (PMSM): سیگنال درایو یک موج سینوسی است و فاز فعلی با موقعیت روتور در زمان واقعی مطابقت دارد. مناسب برای کاربردهای-دقت بالا و صدای کم- (مانند ابزارهای CNC، اتصالات ربات).
مزایا: گشتاور صاف، راندمان بالا. معایب: الگوریتم کنترل پیچیده، هزینه بالا.
کنترل بدون حسگر: موقعیت روتور با استفاده از نیروی الکتروموتور برگشتی (Back-EMF) یا مشاهدهگر پیوند شار تخمین زده میشود که نیاز به حسگرهای فیزیکی را از بین میبرد و هزینه و اندازه سیستم را کاهش میدهد. معمولاً در لوازم خانگی کوچک (مانند جاروبرقی، هواپیماهای بدون سرنشین) استفاده می شود.
