Działanie bezszczotkowego silnika elektrycznego opiera się na napędach elektrycznych, które wytwarzają magnetyczne pole wirujące. Obecnie istnieje kilka rodzajów urządzeń o różnej charakterystyce. Wraz z rozwojem technologii i zastosowaniem nowych materiałów, charakteryzujących się dużą siłą koercji i wystarczającym poziomem nasycenia magnetycznego, możliwe stało się uzyskanie silnego pola magnetycznego, a w efekcie struktur zaworowych nowego typu, w których nie ma uzwojenia na elementach wirnika ani rozruszniku. Powszechne stosowanie przełączników półprzewodnikowych o dużej mocy i rozsądnych kosztach przyspieszyło tworzenie takich projektów, ułatwiło wykonanie i wyeliminowało wiele trudności związanych z przełączaniem.
Zasada działania
Wzrost niezawodności, spadek ceny i łatwiejszą produkcję zapewnia brak mechanicznych elementów przełączających, uzwojenia wirnika i magnesów trwałych. Jednocześnie możliwy jest wzrost wydajności dzięki zmniejszeniustraty tarcia w układzie kolektora. Silnik bezszczotkowy może działać na prąd przemienny lub ciągły. Ta ostatnia opcja ma zauważalne podobieństwo do silników kolektorowych. Jego cechą charakterystyczną jest powstawanie wirującego pola magnetycznego i zastosowanie prądu pulsacyjnego. Opiera się na wyłączniku elektronicznym, co zwiększa złożoność konstrukcji.
Obliczanie pozycji
Impulsy są generowane w systemie sterowania po sygnale odzwierciedlającym położenie wirnika. Stopień napięcia i zasilania zależy bezpośrednio od prędkości obrotowej silnika. Czujnik w rozruszniku wykrywa położenie wirnika i dostarcza sygnał elektryczny. Wraz z biegnącymi w pobliżu czujnika biegunami magnetycznymi zmienia się amplituda sygnału. Istnieją również techniki pozycjonowania bezczujnikowego, w tym punkty przepływu prądu i przetworniki. PWM na zaciskach wejściowych zapewnia zmienne utrzymywanie napięcia i kontrolę mocy.
W przypadku wirnika z magnesami trwałymi zasilanie prądem nie jest konieczne, więc nie ma strat w uzwojeniu wirnika. Bezszczotkowy silnik wkrętarki charakteryzuje się niską bezwładnością ze względu na brak uzwojeń i zmechanizowany komutator. W ten sposób stało się możliwe korzystanie z dużych prędkości bez iskrzenia i szumu elektromagnetycznego. Wysokie prądy i łatwiejsze odprowadzanie ciepła uzyskuje się poprzez umieszczenie obwodów grzewczych na stojanie. Warto również zwrócić uwagę na obecność wbudowanej elektroniki w niektórych modelach.
Elementy magnetyczne
Położenie magnesów może się różnić w zależności od wielkości silnika, na przykład na biegunach lub wokół całego wirnika. Tworzenie wysokiej jakości magnesów o większej mocy jest możliwe dzięki zastosowaniu neodymu w połączeniu z borem i żelazem. Pomimo wysokiej wydajności, bezszczotkowy silnik do wkrętarek z magnesami trwałymi ma pewne wady, w tym utratę właściwości magnetycznych w wysokich temperaturach. Są jednak bardziej wydajne i nie powodują strat w porównaniu do maszyn, które mają uzwojenia w swojej konstrukcji.
Impulsy falownika określają prędkość obrotową mechanizmu. Przy stałej częstotliwości zasilania silnik pracuje ze stałą prędkością w otwartej pętli. W związku z tym prędkość obrotowa zmienia się w zależności od poziomu częstotliwości zasilania.
Funkcje
Silnik zaworu działa w ustawionych trybach i ma funkcjonalność analogu szczotkowego, którego prędkość zależy od przyłożonego napięcia. Mechanizm ma wiele zalet:
- brak zmiany namagnesowania i upływu prądu;
- korespondencja prędkości obrotowej i samego momentu;
- prędkość nie jest ograniczona siłą odśrodkową działającą na kolektor i uzwojenie obrotowe;
- nie ma potrzeby stosowania komutatora i uzwojenia pola;
- Użyte magnesy są lekkie ikompaktowy rozmiar;
- wysoki moment obrotowy;
- Nasycenie i sprawność energii.
Użyj
Bezszczotkowy silnik prądu stałego z magnesami trwałymi znajduje się głównie w urządzeniach o mocy w granicach 5 kW. W mocniejszym sprzęcie ich użycie jest nieracjonalne. Warto również zauważyć, że magnesy w tego typu silnikach są szczególnie wrażliwe na wysokie temperatury i silne pola. Opcje indukcyjne i szczotkowe są pozbawione takich wad. Silniki są szeroko stosowane w motocyklach elektrycznych, napędach samochodowych ze względu na brak tarcia w kolektorze. Wśród cech należy podkreślić równomierność momentu obrotowego i prądu, co zapewnia redukcję hałasu akustycznego.
