Etusivu > Uutiset > Sisältö
Harjaton tasavirtamoottorit: matala inertia, nopea vaste
Aug 23, 2017

Harjaton DC (BLDC) -moottoreiden useimmin mainituilla eduilla on korkea luotettavuus ja huono kunnossapito - seurauksena harjojen / mekaanisen kommutantin korvaaminen elektronisella kommutointiohjaimella ja roottorin palautelaitteella. Itse asiassa "harjaton etu" voi laajentaa BLDC-moottorin käyttöikää noin 15 000 tunniksi, mikä puolestaan ​​tarjoaa lisäetuja vähemmän moottorin vaihtoja ja vähemmän kokonaiskoneiston seisokkeja. Harjaton etu ei kuitenkaan pysähdy siellä. Maailmassa, jossa on erittäin tarkka automaattinen kone, BLDC-moottorit eivät ole pelkästään etu vaan vaatimus. Täsmällinen tapaus: erittäin tarkat koneet tarvitsevat paitsi korkeaa luotettavuutta, myös erittäin suorituskykyisiä - nopeat kiihdytykset ja hidastuvuudet operatiivisiin muutoksiin sekä helppo palautettavuus, erittäin suuret käyttönopeudet ja vakaat momentinopeusominaisuudet. Tällöin BLDC-moottoreiden edut ulottuvat luotettavuuden ja ylläpidon lisäksi myös suorituskykyyn. BLDC-moottorille sen suorituskykyinen ominaisuus on pääasiassa sen roottorisuodattimen tulos.

Rotor Design

Avain BLDC-moottorin korkean suorituskyvyn omaaviin ominaisuuksiin, joilla on pieni inertia ja nopea vaste, on roottorin rakenne ja käytetty kestomagneetti. BLDC-moottorin yleisin roottorirakenne on pysyvien "kentän" magneettien kiinnittäminen aksiaalisesti roottoriakseliin joko sylinterimäisessä tai salientissä olevassa napaketjussa. Moottorin runkorakenteet on asennettu staattorin kotelon ytimeen. Tämä on harjattujen DC-moottorin roottoreiden vastakohta, jotka käyttävät raskaita, nykyisiä kantokeloja moottorin magneettikentän muodostamiseksi. Yhdessä mekaanisen kommutaattorin ja raudan ytimen kanssa harjattu DC-roottori on suuren kokonaismassan ansiosta suurella inertialla, mikä on epätoivottava ominaisuus tarkkaan paikannustoimintaan erityisesti pienille inertiakuoreille. Siksi BLDC-roottorin sisäpuolella oleva rakenne saa aikaan kevyemmän, pienemmän halkaisijan, pienemmän, pienen inertiasuunnittelun. Lisäksi, koska kestomagneetteja käytetään BLDC-moottorin kenttään sähkömagneettisten käämien sijasta, niillä on parannettu lämpöjäähdytys. Kun moottorikoteloon on asennettu nykyiset kannattimet, roottorin moottorin sisäpuolen sijasta lämmönhukka on helpompaa ja nopeampaa ulkoiseen ympäristöön. Näin ollen BLDC-moottori voi tuottaa suuremman tehon kuin harjatut tasavirtamoottorit sen koon suhteen ja sen energianmenetys on käytännössä poistettu, mikä on hyvää moottorin tehokkuudelle.

Pysyvät magneetit

BLDC-moottoreiden nopea vasteominaisuus riippuu paitsi roottorin rakenteesta myös moottorin magneettikentän kestoisten magneettien valinnasta. Yleensä BLDC-moottoreissa käytetään kolmea päätyyppistä kestomagneettia: Alnico, ferriitit ja harvinaiset maametalliseokset.

Alnico-magneetteja hyödynnetään sovelluksissa, joissa magneettinen stabiilius on kriittinen. Niissä on korkea remanenssi ja energia, kohtalaisen korkea koeruutti, värähtelystabiilius ja laaja käyttölämpötila-alue (yli 500oC). Kuitenkin ne ovat mekaanisesti kovaa, mikä vaikeuttaa neulomista ja koneistusta. Ferriittimagneetteja (joita kutsutaan myös keraamisille magneeteille) on "valmistettu raudan oksidiseoksista, joissa on barium- tai strontiumin kaksiarvoinen metallioksidi." Niitä voidaan tuottaa suuria määriä ja erilaisia ​​kokoja. Ne ovat edullisia magneetteja suhteessa niiden energiantuotantoon; Lisäksi niillä on suuri sitkeys, suuri resistiivisyys ja pieni tiheys. Viime aikoihin asti ne olivat suosituin moottorimagneetti. Mutta viimeaikainen kehitystyöskentely suurissa jännitteissä harvinaisten maametallien magneeteissa on parantanut BLDC-moottorin suorituskykyä huomattavasti. Harvinaisten maametallien magneettien vertailu ferriittimagneetteihin on pienempi inertia ja koko-vääntömomentti, mikä tekee niistä hyvin sopivia korkean suorituskyvyn sovelluksiin.

Ensimmäisen sukupolven harvinaisten maametallien keraamimagneetteja, jotka perustuivat samariumin kobolttiin, tuli saataville 1970-luvulla. Niiden etuja olivat korkea remanentti vuon tiheys, suuri pakottava voima, korkea energia, lineaarinen demagnetisaatiokäyrä ja matala lämpötilakerroin. Niitä käytettiin tyypillisesti moottoreissa, joissa oli pieniä määriä sekä moottoreissa, jotka toimivat korkeammissa lämpötiloissa (esim. Harjaton generaattorit mikroturbiineille). Ne olivat kuitenkin melko kalliita syöttörajoitusten vuoksi. 1980-luvun alussa ilmestyi toisen sukupolven harvinaisten maametallien magneetit, jotka perustuivat neodyymiin (Nd), jotka olivat halvempia, koska Nd on runsaampi kuin samarium. Toisen sukupolven harvinaisia ​​maametallin magneetteja ei tuoteta vain suuremmissa määrin, niillä on paremmat magneettiset ominaisuudet. Näiden harvinaisten maametallien magneettien ensisijainen etu on se, että ne parantavat moottoreiden suorituskyky-kustannussuhdetta sekä muita sovelluksia.

Korkea suorituskyky

Korkean suorituskyvyn tai tarkkuusasennussovellukset edellyttävät moottorikäyttöä vastaamaan nopeasti vaihtelevaan kokonaiskuormituksen (moottori + heijastuneen inertian) ja sovelluksen vaatimien käyttöolosuhteiden mukaan. Koneen syöttöasemat ovat hyvä esimerkki korkean suorituskyvyn sovelluksesta, jossa BLDC-servomoottoreita käytetään yleisesti. Tässä sovelluksessa esiintyy monia pieniä muutoksia kiihtyvyyteen matalan massakuormien kohdalla. Jotta näihin käyttöolosuhteisiin voidaan vastata, moottorin on oltava nopea vaste ja vakaa. Moottorin vasteominaisuuden määrittämiseksi käytetään "vääntömomentti-inertiaa (T / J) -suhteita servomoottoreiden kiihdytysominaisuuksien arvioimiseksi." Mitä suurempi T / J-suhde on, "sitä suurempi moottorin kiihtyvyys ja sitä nopeampi järjestelmän vaste. Koska T / J-suhde on verrannollinen 1 / Diameter2: een, halkaisijaltaan pienemmät moottorit ovat suurempia T / J-suhteita. "Koska BLDC-moottorit harvinaisten maametallien magneeteilla ovat pienemmät halkaisijat kuin keraamisilla magneeteilla, ne ovat ihanteellisia pienelle kuormitukselle , korkean suorituskyvyn sovelluksiin, koska niiden T / J-suhteet ovat korkeat. Mutta pieni inertia, BLDC-moottorit ovat kuormituksen herkkiä; kun kuormitettavuus kasvaa, T / J-suhde pienenee ja aiheuttaa hitaamman, vähemmän vakaan vasteen. Suurten kuormituksen inertia-sovellusten osalta keraamiset moottorit ovat parempia valintoja sovellukselle, koska niiden T / J-suhteet eivät näe dynaamista pudotusta vähemmän.