موتور براشلس (Brushless) یا بدون جاروبک چیست و چه انواعی دارد؟

در این مقاله به بررسی یکی از موتورهای الکتریکی پرکاربرد یعنی موتور براشلس یا موتور بدون جاروبک می پردازیم. ابتدا به تعریفی از آن پرداخته و با آن آشنا می شویم. سپس به طور مختصر ساختار آنرا بررسی می کنیم. در ادامه در مورد دو نوع از این نوع موتور بحث شده و جزئیات مربوط به هر یک بیان می شود. در انتها نیز در مورد نحوه کموتاسیون و درایو این نوع از موتور به طور مختصر توضیحاتی ارائه می شود.

مقالات آموزشی در آسمان ایکس

موتور براشلس چیست؟

موتو براشلس یک نوع خاص از موتورهای سنکرون است، اما این موتورها فاقد پارامتری بنام لغزش -مشابه آنچه در موتورهای القایی مشاهده می شود- هستند.به عبارتی موتورهای Brushless(براشلس) با همان اصل موتورهای براش(Brush) کار می کنند با این تفاوت که در موتورهای براشلس سیم پیچ ثابت است و آهنربا می چرخد. بنابراین برای انتقال ولتاژ به سیم پیچ ها، نیازی به جاروبک یا همان Brush نیست.

از نظر عملکرد، موتور بدون جاروبک، عملکرد نزدیک به موتور شنت DC دارد. با این تفاوت که نقش جاروبک ها در این نوع از موتور با درایو جایگزین شده است. با اینکه این موتور از نظر ساختار یک موتور سنکرون است، اما به لطف سیستم کموتاسیون استاتیک قادر است با تغذیه DC کار کند. 

این موتورها در ساختارهای تکفاز، دوفاز، سه فاز، پنج فاز و همچنین تعداد فاز بالاتر وجود دارند. متناظر با هر یک از انواع مذکور، استاتور موتور نیز به همان تعداد دارای سیم پیچ است. اما نوعی که فراگیر بوده و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، سه فاز می باشد.

کاربرد موتور براشلس (Brushless)

موتور براشلس (Brushless) یا بدون جاروبک کاربردهای زیادی دارد.

از این کاربردها می توان در ساخت انواع خودروهای پرنده ، هواپیماهای مدل، مولتی روترها و کواد کوپترها، کشتی های هوایی، ماشین های مسابقه ای و قایق موتوری نام برد.

بیشتر بخوانید: موتور پهپاد چیست؟

مزایای موتور براشلس

از مزایای موتورهای براشلس میتوان موارد زیر را نام برد:

• کاهش میزان اصطکاک و حرارت با توجه به عدم وجود براش در این موتور که همین مزیت باعث افزایش طول عمر موتور تا ۵۰ درصد می شود.
• تولید حداقل گرما و نرخ پایین سایش قطعات به دلیل عدم وجود تماس مکانیکی که همین مزیت باعث بهبود عملکرد موتور و افزایش قدرت آن می شود.
• عدم تولید جرقه و کاهش صدا

نکته قابل توجه اینجاست که چگونه از موتور براشلس در طراحی های خود استفاده کنیم؟

در ادامه، پارامترهایی معرفی می شوند که در طراحی و انتخاب مناسب موتور، توجه به آنها ضروری و حائز اهمیت است.

ساختمان براشلس موتور

ساختمان موتور براشلس

• استاتور

در موتور بدون جاروبک، سیم پیچی آرمیچر به صورت توزیع شده در شیارهای استاتور قرار دارد. این سیم پیچی مشابه سیم پیچی موتورهای چند فاز است، اما معمولاً به صورت سه فاز طراحی می شود. اتصال سیم پیچی استاتور معمولاً به صورت ستاره می باشد، اما در توانهای بالا می تواند به صورت مثلث نیز باشد. هر سیم پیچ متشکل از تعداد زیادی حلقه بوده که به صورت متوالی و با آرایشی خاص به یکدیگر متصل هستند. هر سیم پیچ در داخل استاتور به نحوی توزیع شده است تا تشکیل یک قطب را بدهد. استاتور موتور بدون جاروبک جریان مستقیم از ورقه های فولادی سیلیکونی با ضخامت مشخص ساخته شده که به یکدیگر متصل شده و تشکیل یه پشته را می دهند.

• روتور

در روتور این نوع از موتور، بجای سیم پیچی از آهنربای دائم استفاده شده است. با این کار، تلفات سیم پیچی روتور حذف شده و راندمان موتور افزایش می یابد. با توجه به نحوه قرار گرفتن آهنربا در روتور و جهت شار مغناطیسی، ساختارهای مختلفی در این نوع از موتور بوجود می آید.

بیشتر بخوانید : کنترل کننده های دور موتور یا اسپیدکنترل (ESC) چیست؟

انواع موتور براشلس چیست؟

موتورهای براشلس شامل دو هستند:

1) براشلسInrunner
2) براشلس Outrunner

مقایسه موتورهای Inrunner و Outrunner

دانلود : 032-Inrunner vs Outrunner

درایو موتور براشلس

بر خلاف موتورهاي جاروبک دار جریان مستقیم، كموتاسيون موتور بدون جاروبک جریان مستقیم (تغيير فلوي جريان از يک فاز به فاز ديگر) بصورت الكترونيكی از طريق سوئيچ هاي نيمه هادي كنترل مي شود.براي چرخش موتور سيم پيچ های استاتور بايد به ترتيب مناسب تحريک شوند.

دانستن موقعيت روتور بمنظور فهميدن اينكه كدام سيم پيچ در ادامه ترتيب، بايد تغذيه شود مهم است. موقعيت روتور با استفاده از حسگرهاي اثر هال تشخيص داده مي شود. اغلب در این نوع از موتورها سه حسگر اثر هال جاسازي شده در مجاورت فاصله هوايي و انتهاي محور طولي استاتور دارند.

هنگامي كه قطبهاي مغناطيسي روتور از نزديك حسـگرها عبور مي كند، حسگرها يك سيگنال يك يا صفر ايجاد می كنند كه نشان دهنده نوع قطب (N یا S) عبوری از نزديكی آنها می باشد. بر اساس تركيب سه سيگنال حسگر اثر هال، ترتيب صحيح كموتاسيون مشخص می شود.

با استفاده از درايو موتور براشلس كه معمولاً با یک اینورتر شش سوئيچه می باشد و استفاده از حسگرهاي اثر هال، جريان هر فاز وقتی  برقرار می گردد كه ولتاژ ضدمحركه آن فاز در حداكثر مقدار دامنه خود قرار داشته باشد.در هر لحظه از زمان فقط جريان در دو فاز برقرار مي شود و همواره فاز سوم خاموش است.

با توجه به اينكه ea.ia=Ta*ωm است، با ايجاد جريان شبه مربعی، گشتاور هر فاز در بازهی هايی داراي مقدار ثابت است، در نتيجه گشتاور كل همواره ثابت خواهد بود. ولتاژ ضدمحركه و جريان و گشتاور هر فاز و همچنين گشتاور خروجي به طور نمونه در شکل زیر نشان داده شده است.

ولتاژ ضدمحرکه، جریان و گشتاور هر فاز و گشتاور خروجی

مقایسه موتوربراشلس با موتورهای Brushed

مزایای موتورهای براشلس نسبت به موتورهای دیگر مهم ترین عاملی که سبب می شود این دسته از موتورها برتری پیدا کنند، نداشتن جاروبک است. این برتری ها عبارتند از:
1) عدم خوردگی و نداشتن اصطکاک ناشی از آن
2) تعمیر و نگهداری آسان با بازه زمانی زیاد
3) بازدهی عالی
4) بالا بودن نسبت توان به وزن
5) کارایی زیاد در پروژه های مختلف
6) مناسب در پروژه های پرواز

برای مطالعه بیشتر : آشنایی با چند مفهوم اولیه محاسبات رباتیک