موتور براشلس چیست و چه انواعی دارد؟
موتور براشلس یا موتور بدون جاروبک یکی از انواع موتورهای الکتریکی پرکاربرد است که در این مقاله قصد داریم به معرفی کامل آن بپردازیم.
به طور خلاصه ابتدا به تعریفی از آن پرداخته و با آن آشنا می شویم، سپس به طور مختصر ساختار آنرا بررسی می کنیم. در ادامه نیز در مورد دو نوع از این نوع موتور بحث کرده و جزئیات مربوط به هر یک بیان می شود. همچنین در انتها در مورد نحوه کموتاسیون و درایو این نوع از موتور به طور مختصر توضیحاتی ارائه می شود.
آنچه در این مطلب خواهید خواند:
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 براشلس(Brushless) 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 تک فاز، 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 کوادکوپترها، کشتی های هوایی، ماشین های مسابقه ای و قایق موتوری نام برد.
بیشتر بخوانید: موتور پهپاد چیست؟
آیا موتور براشلس برای کاربردهای خانگی مناسب است؟
بله، موتور براشلس برای کاربردهای خانگی نیز مناسب است. در واقع، این نوع موتور برای بسیاری از کاربردهای خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد، مثل دستگاه‌های خرد کن، خمیر مخلوط کن، میکسر، پمپ‌های آب و غیره.
از مزایای موتور براشلس در کاربردهای خانگی میتوان به سادگی ساختار آن، ابعاد کوچک نسبت به سایر موتورهای الکتریکی، قابلیت کنترل سرعت و قدرت، و همچنین هزینه کمتر نسبت به موتورهای دیگر اشاره کرد.
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
| عنوان | Inrunner | Outrunner |
| نحوه چرخش | آهنربای دائمی نقش Rotor را دارد | آهنربای دائمی نقش Stator را دارد |
| سرعت | زیادتر | کمتر |
| راندمان | بالاتر | پایین تر |
| گشتاور | پایین | بالا |
| وزن | بیشتر | کمتر |
| استفاده ملخ | قابلیت نصب انواع ملخ | محدودیت در انتخاب ملخ |
| ایجاد صدا | تولید صدای زیاد | تولید صدای بسیار کم |
دانلود : 032-Inrunner vs Outrunner
درایو موتور براشلس
بر خلاف موتورهای جاروبک دار جریان مستقیم، كموتاسيون موتور بدون جاروبک جریان مستقیم (تغيير فلوي جريان از يک فاز به فاز ديگر) بصورت الكترونيكی از طريق سوئيچ های نيمه هادی كنترل مي شود.برای چرخش موتور سيم پيچ های استاتور بايد به ترتيب مناسب تحريک شوند.
دانستن موقعيت روتور به منظور فهميدن اينكه كدام سيم پيچ در ادامه ترتيب، بايد تغذيه شود مهم است. موقعيت روتور با استفاده از حسگرهای اثر هال تشخيص داده می شود. اغلب در این نوع از موتورها سه حسگر اثر هال جاسازی شده در مجاورت فاصله هوايی و انتهای محور طولي استاتور دارند.
هنگامي كه قطبهای مغناطيسي روتور از نزديک حسگرها عبور مي كند، حسگرها يک سيگنال يک 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 حسگرهای 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 دارای مقدار ثابت است، در نتيجه گشتاور كل همواره ثابت خواهد بود. ولتاژ ضد محركه و جريان و گشتاور هر فاز و همچنين گشتاور خروجی به طور نمونه در شکل زیر نشان داده شده است.
ولتاژ ضدمحرکه، جریان و گشتاور هر فاز و گشتاور خروجی
راه اندازی موتور براشلس با ترانزیستور
راه اندازی موتور براشلس با ترانزیستور، یک روش متداول برای کنترل سرعت موتور براشلس است. در این روش، یک ترانزیستور به عنوان سوئیچ بین منبع تغذیه و موتور قرار می‌گیرد. با کنترل پالس ورودی به ترانزیستور، سرعت موتور کنترل می‌شود.
برای راه اندازی موتور براشلس با ترانزیستور، ابتدا یک مدار ترانزیستور مناسب برای موتور براشلس طراحی می‌شود. سپس، موتور به منبع تغذیه و ترانزیستور متصل می‌شود. برای کنترل سرعت، یک سیگنال PWM (مدولاسیون پهنای پالس) به ترانزیستور اعمال می‌شود. با تغییر پهنای پالس ورودی، نسبت عملیات روشن و خاموش شدن ترانزیستور تغییر می‌کند و در نتیجه سرعت موتور نیز تغییر می‌کند.
برای راه‌اندازی یک موتور براشلس با استفاده از ترانزیستورها، از یک مدار H-Bridge می‌توانید استفاده کنید. این مدار به شما امکان می‌دهد جهت چرخش موتور را تغییر دهید. در ادامه یک نمونه ساده از مدار H-Bridge برای راه‌اندازی یک موتور با ترانزیستورها را معرفی می‌کنم.
برای مثال، فرض کنید که موتور براشلس شما دو سیم دارد که می‌توانید جهت چرخش را با تغییر جهت جریان در این دو سیم تغییر دهید. برای این کار، می‌توانید از یک H-Bridge ساده که با ترانزیستورها ساخته شده استفاده کنید
Vcc
│
│
│
─┴─
│
▼
──────────── M1
│ │
│ │
╔════╧════╗ ╔╧════╤════╗
║ ║ ║ ║
║ Q1 ║ ║ Q2 ║
║ ║ ║ ║
╚══════════╝ ╚══════════╝
│ │
│ │
─┴─ ─┴─
│ │
▼ ▼
──────────── M2
│
│
GND
این مدار شامل چهار ترانزیستور است که به دو زوج تشکیل دهنده H-Bridge متصل شده‌اند. در اینجا، Q1 و Q2 ترانزیستورهایی هستند که اگر به عنوان مثال ترانزیستورهای NPN استفاده کنید و M1 و M2 به دو سیم موتور متصل می‌شوند، با کنترل ولتاژ ورودی به پایه‌های ترانزیستورها می‌توانید جهت چرخش موتور را تغییر دهید.
نکته:
برای کنترل ترانزیستورها، می‌توانید از مدارات کنترلی مثل میکروکنترلر یا مدارهای دیگر استفاده کنید که سیگنال‌های ورودی را به آنها ارسال کرده و ترانزیستورها را کنترل کند.
همچنین بایستی مطمئن شوید که ترانزیستورها مناسب برای جریان و ولتاژ موتور شما هستند و مدار مناسبی برای محافظت در برابر جریان‌های بیش از حد را نیز در نظر بگیرید.
پیش از هر کار، موتور خود را مطالعه کرده و نیازهای جریان و ولتاژ آن را بدانید تا از انتخاب مناسب ترانزیستورها و مدارات کنترلی مطمئن شوید.
با درست کردن مدار ترانزیستور و اعمال سیگنال PWM، می‌توانید سرعت موتور براشلس را کنترل کنید. با این حال، باید توجه داشت که برای استفاده از ترانزیستور به خوبی، باید دانش کافی در زمینه الکترونیک و الکتریسیته داشته باشید. همچنین، باید مطمئن شوید که ترانزیستور شما قابلیت کنترل سرعت و توان موتور را دارد و به درستی با موتور براشلس شما سازگار است.
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
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.