Casa > Notícias > Conteúdo
Motores brushless DC: Baixa inércia, rápida resposta
Aug 23, 2017

O mais frequentemente citado vantagens de motores DC (BLDC) sem escova são de alta confiabilidade e baixa manutenção — o resultado de substituir o comutador escovas/mecânica com um dispositivo de gabarito de controlador e rotor de comutação eletrônica. Com efeito, a "vantagem sem escova" pode estender a vida útil de um motor BLDC para cerca de 15.000 horas, que, por sua vez, fornece os benefícios adicionais de menos substituições de motor e menos tempo ocioso de máquinas planta geral. Mas a vantagem sem escova não para por aí. No mundo de alta precisão, máquinas automatizadas, motores BLDC não são simplesmente uma vantagem, mas uma exigência. Caso no ponto: máquinas de alta precisão precisa não só de alta confiabilidade, eles também precisam de alto desempenho — rápida aceleração e desaceleração de mudanças operacionais, bem como fácil reversibilidade, altíssima velocidade e torque-velocidade estável de funcionamento características. Isto é onde os benefícios dos motores BLDC estendem além de confiabilidade e manutenção e desempenho. Para um motor BLDC, sua característica de alta performance é principalmente o resultado de seu projeto do rotor.
 

Projeto do rotor

Chave para as características de alto desempenho de um motor BLDC de baixa inércia e resposta rápida é o projeto do rotor e tipo de ímãs permanentes usados. O desenho mais comum do rotor de um motor BLDC é a fixação de ímãs permanentes "campo" axialmente ao eixo do rotor em uma configuração cilíndrica ou salient pole. Bobinas de armadura do motor são montadas em núcleo de carcaça do estator. Isto é o oposto de rotores motor escovados DC, que usam bobinas de transporte pesadas, atuais para formar o campo magnético do motor. Combinado com um comutador mecânico e núcleo de ferro, um rotor de DC escovado tem uma grande massa total, dando-lhe alta inércia, que é uma característica indesejável para operações de posicionamento precisas, especialmente para cargas de pequena inércia. Portanto, o design de dentro para fora de um rotor BLDC resulta em um diâmetro menor, mais leve, design mais compacto, de baixa inércia. Além disso, desde que os ímãs permanentes são usados para o campo do motor BLDC substituem enrolamentos eletromagnéticos, eles melhoraram térmica de refrigeração. Com os condutores de transporte atuais montados na carcaça do motor, em vez de dentro do motor no rotor, dissipação de calor é mais fácil e mais rápido para o ambiente externo. Assim, um motor BLDC pode produzir mais energia do que os motores da C.C. escovadas em relação ao seu tamanho e suas perdas de energia são praticamente eliminadas, que é um benefício para a eficiência do motor.

 

Ímãs permanentes

A característica de resposta rápida de motores BLDC depende não só do design do rotor, mas também sobre a escolha de ímãs permanentes usados para campo do motor magnético. Em geral, existem três tipos principais de ímãs permanentes usados em motores BLDC: Alnico, Ferrites e ligas de terras-raras.

 

Imãs Alnico são utilizados em aplicações onde a estabilidade magnética é crítica. Eles apresentam alta remanência e energia, moderadamente alta coercividade, estabilidade vibracional e uma escala de temperatura larga funcionamento (acima de 500oC). No entanto, eles são mecanicamente difícil tornando-os difíceis de falsificar e máquina. Ímãs de ferrite (também chamados de ímãs de cerâmica) são "feitos de óxidos mistos de óxido de ferro com um óxido de metal divalente de estrôncio ou de bário". Eles podem ser produzidos em grandes quantidades e em uma variedade de tamanhos. São ímãs de baixo custos em relação à sua produção de energia; Além disso, eles apresentam alta coercividade alta Resistividade e baixa densidade. Até recentemente, eram o tipo o mais popular do ímã do motor. Mas recente desenvolvimento em alta remenance, ímãs de terras raras tem melhorado muito o desempenho motor de BLDC. Em comparação com os ímãs de ferrite, ímãs de terras raras têm baixa inércia e tamanho-para-torque, o que os torna bem adequado para aplicações de alto desempenho.

 

A primeira geração de terras raras, ímãs permanentes, com base em cobalto samário, tornou-se disponível na década de 1970. Seus benefícios incluíam alta densidade de fluxo remanente, força coercitiva elevada, alta energia, uma curva de desmagnetização linear e um coeficiente de baixa temperatura. Eles eram normalmente usados em motores com volumes baixos, bem como em motores que operam em temperaturas mais altas (por exemplo, geradores sem escova para microturbinas.) No entanto, eles eram bastante caros devido a limitações de fornecimento. No início de 1980, a segunda geração de ímãs de terras raras, com base em neodímio (Nd), parecia que eram menos caros como Nd é mais abundante do que o samário. Segunda geração, ímãs de terras raras não são produzidos somente em quantidades maiores, eles têm melhor propriedades magnéticas. A principal vantagem destes ímans de terra rara é que eles melhoraram a relação desempenho / custo para motores, bem como outras aplicações.

 

Alto desempenho

Alto desempenho ou aplicações de posicionamento de precisão requerem uma unidade de motor para responder rapidamente a uma inércia variados de carga total (motor + refletida inércia) e dentro das condições de operação, chamadas para o aplicativo. Unidades de alimentação de máquina são um bom exemplo de um aplicativo de alta performance onde os servos motores BLDC são comumente aplicados. Nesta aplicação, ocorrem muitas pequenas mudanças de aceleração para cargas de massa baixas. Para responder a estas condições de funcionamento, um motor deve ser resposta rápida e estável. Para determinar a característica de resposta do motor, "relações de torque-inércia (T/J) são usadas como um meio de julgar os méritos de aceleração de servo-motores". Quanto maior a relação T/J é, "quanto maior a aceleração do motor e a mais rápida a resposta do sistema. [E] uma vez que a relação T/J é proporcional a 1/Diameter2, menor diâmetro de motores têm maiores índices de T/J." Desde que os motores BLDC com ímãs de terras raras têm diâmetros menores do que aqueles com ímãs cerâmicos, são ideais para a carga pequena inércia, aplicativos de alto desempenho, desde que seus rácios T/J são elevados. Mas baixa inércia, motores BLDC são carga sensível; como carga de inércia aumenta, a relação T/J é reduzida, causando um mais lento, menos resposta estável. Para aplicações de carga grande inércia, motores cerâmicos são uma seleção melhor do aplicativo porque seus rácios T/J ver menos de um dinâmico drop off.