موتور براش لس چیست و چگونه کار می کند ؟
اگر شما هم در ذهن خود با چنین سوالاتی روبرو هستید ، توصیه می کنیم تا پایان مقاله ” موتور براشلس چیست و چگونه کار می کند ” با ما همراه باشید .
در دنیای امروز که وسایل و گجت های الکترونیکی بر تمام صنایع مسلط شده اند ، وجود موتورهای الکتریکی براش لس در بسیاری از سیستم های آر سی مانند کوادکوپتر ، هلی کوپتر کنترلی ، ماشین کنترلی و … چندان دور از انتظار نیست . جالب است بدانید Brushless DC electric motor اواسط قرن نوزدهم میلادی اختراع شده است ، و اولین استفاده عمومی از آن به سال ۱۹۶۲ باز می گردد .
موتور براش لس چیست ؟
موتور های براش لس در واقع موتورهای الکتریکی همگام هستند که به کمک انرژی الکتریکی جا به جا می شوند . در یک موتور براش لس آهنرباهایی وجود دارد که قدرت خود را از جریان الکتریکی مستقیم دریافت می کنند و باعث می شوند روتور داخل استاتور بچرخد .
از سوی دیگر موتور brushless به جای استفاده از براش ها و کموتاتور ( جابجاگر ) از یک کنترل کننده موتور مرحله به مرحله استفاده می کند . این کنترل کننده چرخشی را به وجود می آورد که در نتیجه آن انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود .
تاریخچه موتورهای براش معمولی
تا دهه هشتاد میلادی هر زمانی که لازم بود گشتاور و سرعت کنترل شود ، موتور براش معمولی تنها گزینه پیش روی تولید کنندگان بود . تاریخچه این نوع موتور ها اساسا به آزمایشات مایکل فارادی (Michael Faraday) بین سال های ۱۸۳۰ تا ۱۸۴۰ میلادی باز می گردد دوره ای که او موفق شد ثابت کند سیم دارای جریان الکتریکی می تواند یک میدان مغناطیسی دایره ای شکل پیرامون خود به وجود آورد .
پس از آن داشمندان دیگری همچون ویلیام استارژن William Sturgeonو جوزف هنری Joseph Henry آزمایشات فارادی را مرجع خود قرار دادند و موتور دی سی براش را طراحی کردند .
محدوده سرعت موتور های براش نسبتا گسترده است و قدرت آن ها از چندین مگاوات تا چند وات متنوع می باشد . موتور براش معمولی به طور عمده در جابجایی قطار های برقی ، دستگاه های جابجا کننده صفحات فولادی و سایر اشیاع سنگین ، رباتیک و پرینتر ها به کار گرفته می شود . از دیگر کاربرد های موتور براش می توان به اسباب بازی ها و بعضی سیستم های کنترل از راه دور همچون ماشین یا قایق کنترلی اشاره کرد .
علی رغم فرایند تولید آسان و قیمت ارزان ، موتور براش معایبی دارد که باعث می شود پس از موتور براش لس در جایگاه پایین تری قرار گیرد . در ادامه به تعدادی از نقاط ضعف موتور براش اشاره خواهیم داشت :
– با توجه به براش های موجود سرعت موتور براش محدود شده است .– براش های داخل موتور پس از مدتی به دلیل اصطحلاک کارایی خود را از دست داده و لازم است هر چند وقت یکبار تعویض شوند .
– تماس مکانیکی براش ها با یکدیگر و اصطکاک ناشی از آن عواقبی همچون هدر رفت انرژی الکتریکی و تولید حرارت را به دنبال دارد که بهره وری موتور را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و طول عمر آن را کوتاه تر می کند .
– استفاده از براش ها در واقع تعداد قطب هایی که آرمیچر می تواند داشته باشد را محدود می کند .
– موتور براش به سختی خنک می شود ، چرا که آهنربای الکتریکی ( Electromagnet ) در مرکز موتور واقع شده است .
در سال های اخیر موتور های براشلس به دلیل بهره وری فوق العاده بیشتر ، گشتاور روان و سریع، ماندگاری طولانی ، و سرعت عملیاتی بالا جایگزین موتور های براش معمولی شده اند و نرخ استفاده از آن ها در صنایع گوناگون از جمله کوادکوپتر دوربین دار همچنان رو به رشد است . این در حالی است که در گذشته کاربرد موتور های براش لس به خاطر قیمت هنگفت کنترل کننده های پیچیده مورد نیاز برای راه اندازی آن کاملا محدود بود .
مقایسه موتور براش لس و موتور براش
مقایسه موتور های براش و براشلس نشان می دهد که اصل اساسی در عملکرد داخلی این دو موتور تقریبا یکسان است زمانی که انرژی الکتریکی وارد سیم پیچ های داخلی موتور می شود ، یک میدان مغناطیسی موقت به وجود می آید که آهنربای دائمی را (با توجه به نحوه قرار گیری قطب ها) جذب یا دفع می کند .
پس از آن نیروی تولید شده بر اثر دفع یا جذب آهنربای دائمی به محور اصلی موتور منتقل شده و آن را به چرخش در می آورد تا در نهایت موتور کار خود را آغاز کند . در ادامه نیز یک جریان الکتریکی دیگر وارد مجموعه های متفاوت سیم پیچ می شود تا همزمان با چرخش محور اصلی (تعویض قطب ها) فرایند جذب و دفع ناشی از میدان مغناطیسی موقت تکرار شود و روتور به طور مداوم به چرخش خود ادامه دهد .
موتور های براش لس در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی بهره وری بیشتری نسبت به موتور های براش دارند . همچنین در موتور brushless قطعه ای به نام کموتاتور ( Commutator ) وجود ندارد و همین باعث می شود ضمن کاهش پیچیدگی ساختاری ، نگهداری از آن ها آسان تر باشد و تداخلات الکترومغناطیسی نیز کاهش یابد . از دیگر ویژگی های منحصر به فرد موتور براش می توان به توانایی تولید گشتاور بالا ، واکنش با سرعت مناسب، و کنترل آسان توسط واحد MCU Motor Control Unit اشاره کرد .
نکته جالب دیگر این است که موتور های براشلس از لحاظ سرعت عملیاتی دارای محدوده وسیعی هستند . چنین مزیتی امکان کنترل هر چه بهتر حرکات دستگاه را فراهم می کند و در ثابت نگه داشتن گشتاور برای اجرای حالت سکون ( در هلیکوپتر کنترلی و مولتی روتور ) فوق العاده موثر است .
موتور براش لس و موتور براش چه تفاوت هایی دارند ؟
همانطور که گفتیم موتور براشلس و موتور براش دارای عملکرد تقریبا یکسانی هستند . در مقابل تفاوت های عمده بین این دو نوع موتور بیشتر به طراحی ساختاری آن ها مربوط می شود .
براش های موجود در یک موتور براش به منظور انتقال جریان الکتریکی به سیم پیچ ها مورد استفاده قرار می گیرند . البته این براش ها برای اینکه جریان را به سیم پیچ ها برسانند ، از کموتاتور کمک می گیرند و وجود این قطعه برای آن ها ضروری است .
در مقابل موتور براشلس به قطعه کموتاتور نیار ندارد ، چرا که قطب های میدان مغناطیسی را از طریق یک امپلی فایر جابجا می کند و این امپلی فایر نیز توسط قطعه دیگری به نام دستگاه تعویض ( commutating device ) فعال می شود .
بنابراین عدم وجود براش ها و کموتاتور در موتور براش لس و جایگزین شدن آن ها (به ترتیب) با امپلی فایر و دستگاه تعویض هوشمند اولین تفاوت اساسی این نوع موتور با موتور براش است .
تفاوت مهم دیگری که می توان به آن اشاره کرد ، در سیم پیچ ها مشاهده می شود. در موتور براش سیم پیچ ها روی روتور (بخش متحرک موتور) قرار گرفته اند . این در حالیست که جایگاه سیم پیچ ها در موتور براش لس روی استاتور ( بخش ثابت موتور ) در نظر گرفته شده است. جالب است بدانید قرار گرفتن سیم پیچ ها روی استاتور باعث می شود نیاز به براش ها از بین برود و حذف آن ها تاثیری در عملکرد موتور نداشته باشد .
به طور خلاصه ، تفاوت اصلی بین موتور براش لس و موتور براش این است که به جای آهنربا های ثابت و سیم پیچ های چرخان ( براش ها ) ، یک موتور براش لس دارای سیم پیچ های ثابت و یک آهنربای چرخان است . مزیت اصلی چنین ساختاری این است که در موتور براش لس هیچ نوع اصطکاکی وجود ندارد ، و در نتیجه آن حرارت کاهش یافته و بهره وری کلی موتور بیشتر می شود .
موتور براش لس چه کاربرد هایی دارد ؟
امروزه انواع موتور براش لس به عنوان موتور اصلی در بسیاری از سیستم های آرسی مانند مولتی روتور ، کوادکوپتر ، هلیکوپتر کنترلی ، ماشین کنترلی و قایق کنترلی نصب می شوند .
موتور براش لس در درجه اول انرژی مورد نیاز برای اجرای عملیات های گوناگون را به مقدار قابل توجهی کاهش می دهد ، و به دنبال آن راندمان کلی دستگاه افزایش پیدا می یابد . از سوی دیگر سیستم هایی دارای باتری کوچک از موتور های براش لس استفاده می کنند تا فشار کمتری به باتری وارد شده و در نتیجه طول عمر آن افزایش یابد .
در جاروبرقی های روباتیک که به کنترل کننده سرعت MCU احتیاج دارند ، موتور براش لس به عنوان گزینه ای ایده آل شناخته می شود ، چرا که گشتاور بالایی را فراهم نموده و صدای فوق العاده کمی تولید می کند .
لوازم برقی کوچک مخصوص خانه و آشپزخانه معمولا در تعداد بالا تولید می شوند . به همین دلیل تولید کنندگان در زمینه هزینه ها و قیمت نهایی محصولات خود حساسیت بالایی به خرج می دهند . در نتیجه موتور براش لس با قیمت کمتر همواره به موتور های براش ترجیح داده می شود تا قیمت نهایی لوازم برقی کوچک کاهش پیدا کرده و در عین حال کیفیت محصولات حفظ شود .
وزن کم و قدرت بالای موتور براش لس از جمله ویژگی هایی است که آن را به گزینه ای ایده آل برای تولید ابزار های دستی همچون دستگاه برف روب و اره برقی می کند . از آنجایی که در این نوع وسایل قطعات کوچک بسیاری وجود دارد و هر کدام به نوبه خود باعث افزایش وزن دستگاه شده اند ، استفاده از سبک ترین و در عین حال پر قدرت ترین موتور های موجود بسیار حائز اهمیت است .
موتور های براش لس در دستگاه های دیگری نیز مورد استفاده قرار می گیرند که از میان آن ها می توان به هارد درایو، پنکه، دستگاه قهوه ساز ، سشوار ، مخلوط کن و دستگاه های پخش کننده CD و DVD اشاره کرد .
مزایای موتور براشلس :
– عدم وجود براش ها در موتور براشلس باعث می شود در طول عملیات ها میزان اصطکاک به حداقل برسد ، فرایند تولید حرارت کاهش یابد ، و در نتیجه طول عمر موتور طولانی تر شود .– تولید حداقل گرما و نرخ پایین سایش قطعات در موتور براشلس به دلیل وجود نداشتن تماس مکانیکی فرایند انتقال انرژی و بهره وری الکتریکی را به شدت بهبود می بخشد ، و در ادامه به بهبود عملکرد موتور و قدرت آن ختم می شود .
– بازده بیشتر موتور براش لس باعث می شود طول عمر باتری تا حداکثر ۵۰ درصد افزایش پیدا کند .
– در موتور براش لس هیچ اصطکاک و جرقه ای وجود ندارد و در نتیجه صدای کمتری تولید می شود .
– از آنجایی که در موتور براش لس قسمت استاتور یا همان محل قرار گیری سیم پیچ ها به روکش خارجی چسبیده است ، فرایند اتلاف حرارت ( خنک شدن موتور ) بهتر صورت می پذیرد .
معایب موتور براش لس :
– هزینه اولیه تولید موتور brushless به دلیل استفاده از دستگاه های تعویض هوشمند نظیر انکودر و کنترل کننده یا درایو زیاد است .چرا موتور موتور براش لس در مقایسه با موتور براش انتخاب بهتری به حساب می آید ؟
موتور براش لس علی رغم وزن سبک و ابعاد کوچک ، در مقایسه با موتور براش بازده بیشتری دارد و قابل اطمینان تر است . جالب است بدانید نرخ بازده موتور براش لس معمولا چیزی بین ۸۵ تا ۹۰ درصد است ، در حالی که همین نرخ برای موتور براش بین ۷۵ تا ۸۰ درصد برآورد می شود .
به طور کلی بهره وری یا بازده بیشتر موتور یعنی مقدار بیشتری از انرژی کلی استفاده شده توسط موتور ها به نیروی چرخشی تبدیل شده است ، و در نتیجه انرژی کمتری در قالب گرما از دست رفته است .
- سخن پایانی
شرکت NEC به عنوان اولین وارد کننده دریل های شارژی براش لس در ایران می باشد.