Что такое бесщёточный двигатель и как он работает: подробное руководство

Практическое объяснение бесщёточных двигателей (БДПТ), их типов, их сравнение со щёточными двигателями, принцип их работы и области их применения — от дронов до электромобилей.

Что такое бесщеточный двигатель?

Если вы когда-нибудь задумывались,что такое бесщеточный двигательКороткий ответ: это электродвигатель, в котором отсутствуют механические щётки и коллектор, как в традиционных двигателях, и используется электронное переключение для подачи напряжения на обмотки. Также часто называетсядвигатель постоянного токаБесщёточный двигатель использует постоянные магниты на роторе и неподвижные медные обмотки в статоре. Электронный контроллер (ESC) управляет током, подаваемым на катушки статора, создавая вращающееся магнитное поле, которое вращает ротор, обеспечивая крутящий момент без механического износа щёток.

Преимущества бесщеточных двигателей

• Более высокая эффективность:Меньшее трение и более точная коммутация сокращают потери энергии.

• Более длительный срок службы:Отсутствие необходимости замены щеток означает меньшие затраты на техническое обслуживание и меньшее количество точек отказа.

• Лучшая плотность мощности:Улучшенное соотношение крутящего момента к массе и компактные габариты.

• Более тихая работа:Отсутствие искрения щеток и более плавная коммутация.

• Точный контроль:Электронные контроллеры позволяют точно регулировать скорость и крутящий момент.

Недостатки бесщеточных двигателей

• Более высокие первоначальные затраты:Двигатель с контроллером обычно стоит дороже, чем простой коллекторный двигатель.

• Сложность управления:Вам нужен регулятор скорости и правильная настройка, а не простое готовое устройство для новичков.

• Зависимость от электроники:Отказ контроллера может вывести из строя двигатель, поэтому конструкция системы имеет важное значение.

Типы бесщеточных двигателей

На основе дизайна

В бегунеВ двигателях БДПТ ротор находится внутри статора, и обычно он вращается с очень высокой скоростью вращения, что часто встречается в гоночных установках.ОпережающийВ двигателях ротор расположен снаружи статора, что обеспечивает более высокий крутящий момент на более низких скоростях — широко используется на мультикоптерах и многих потребительских дронах. 

На основе использования датчика

СенсорныйБесщеточные двигатели оснащены датчиками Холла или другими датчиками положения, которые определяют точное положение ротора для плавного крутящего момента на низких оборотах.Бездатчиковыйконструкции определяют положение ротора на основе противо-ЭДС, они проще и легче — идеально подходят для высокоскоростных применений.

На основе количества полюсов

Одно- и многополюсные конструкции изменяют характеристики крутящего момента и скорости. Большее количество полюсов, как правило, обеспечивает более высокий крутящий момент и более плавное движение при более низких оборотах.

В зависимости от типа сигнала мощности

Двигатели, работающие на синусоидальных сигналах, работают более плавно на низких скоростях; трапециевидная коммутация проста и эффективна на более высоких скоростях, но может привести к пульсации крутящего момента.

В чем разница между бесщеточными и щеточными двигателями?

Таблица различий между щеточными и бесщеточными двигателями

Подробное сравнение

Продолжительность жизни

Бесщеточные машины обычно служат значительно дольше, поскольку основной изнашиваемый элемент (щетка) удален.

Скорость и ускорение

Двигатели БДПТ разгоняются быстрее и поддерживают более высокие максимальные скорости при меньшем тепловыделении.

Эффективность

Устранение трения щеток и искрения повышает электрический КПД, что особенно важно в системах с питанием от аккумуляторных батарей.

Шум

Бесщеточные конструкции работают тише — ключевое преимущество для потребительской электроники и дронов.

Обслуживание

Без щеток плановое обслуживание сводится в основном к замене подшипников и прошивки контроллера.

Крутящий момент

Электронное управление обеспечивает более стабильную подачу крутящего момента и возможность формировать кривые крутящего момента для конкретных целей.

Вес и размер

При той же мощности бесщеточные двигатели зачастую легче и компактнее.

Расходы

Первоначальная стоимость покупки выше, но стоимость в течение срока службы может быть ниже за счет сокращения расходов на обслуживание и повышения эффективности.

Как работает бесщеточный двигатель

Конструкция бесщеточного двигателя

Типичный бесщёточный двигатель постоянного тока (БДПТ) имеет ротор с постоянными магнитами и статор с несколькими медными обмотками. Контроллер переключает ток между обмотками статора в определённой последовательности. Датчики Холла или датчики противо-ЭДС передают контроллеру информацию о положении ротора, что позволяет ему подать следующую фазу тока в нужный момент.

Почему бесщеточный двигатель вращается

Двигатель вращается, поскольку подаваемые токи создают вращающееся магнитное поле в статоре, которому следуют постоянные магниты ротора. Синхронное взаимодействие полей статора и ротора создаёт крутящий момент; изменяя, какие обмотки и когда подаются на питание, контроллер управляет скоростью и направлением вращения. Если вам нужна сравнительная информация об обычных двигателях постоянного тока, см.как работает двигатель постоянного тока.

Применение бесщеточных двигателей

Бесщёточные двигатели теперь распространены повсеместно. Благодаря своей эффективности, удельной мощности и управляемости они находят применение во многих областях.

Аэрокосмическая промышленность и оборона

Используется в приводах, управляющих поверхностях и двигателях небольших БПЛА, где надежность имеет решающее значение.

Автомобили и электромобили

Двигатели БДПТ приводят в действие тяговые системы, вспомогательное оборудование и вентиляторы систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, способствуя повышению дальности полета и надежности.

Промышленность и производство

Высокопроизводительные сервоприводы и шпиндельные приводы используют бесщеточные конструкции для обеспечения точности и бесперебойной работы.

Морской

В пропульсивных системах и системах подруливания используются бесщеточные двигатели со степенью защиты ИС, обеспечивающие устойчивость к коррозии и эффективность.

Медицинские приборы

Бесшумная работа и точный контроль скорости делают БДПТ идеальным решением для диагностического и хирургического оборудования.

Бытовая электроника

От беспроводных инструментов до современных пылесосов — бесщеточные двигатели продлевают срок службы батареи и повышают надежность оборудования.

Робототехника и дроны

Одно из наиболее заметных применений — беспилотные летательные аппараты.бесщеточный дронОбычно используются лёгкие двигатели с внешним ротором. Независимо от того, выбираете ли выбесщеточный двигатель для дронаДвигатели БДПТ обеспечивают необходимое соотношение мощности к массе и отзывчивости для пилотов дронов, будь то гонки или фотосъёмка тяжёлых грузов. Если вы разрабатываете небольшие устройства, вы также можете обратить внимание на запчасти для хобби или специализированных поставщиков. Например, мы поставляем соответствующие маломощные двигатели от проверенного поставщика.производитель двигателей с полыми чашкамикогда требуются матовые альтернативы.

Часто задаваемые вопросы

Что означает Кв для бесщёточных двигателей?

КВ — это частота вращения двигателя на вольт без нагрузки. Это помогает подобрать двигатели к винтам и напряжению аккумулятора: высокий КВ — для винтов меньшего размера и высокой скорости; низкий КВ — для винтов большего размера и высокого крутящего момента.

Являются ли бесщеточные двигатели водонепроницаемыми?

Некоторые бесщёточные двигатели имеют водонепроницаемый корпус и степень защиты ИС. Перед использованием двигателя во влажной среде проверьте его степень защиты ИС.

Как рассчитать ESC для бесщёточного двигателя?

Выбирайте регулятор скорости с номинальным током, превышающим максимальный потребляемый ток двигателя, и номинальным напряжением, равным или превышающим напряжение аккумуляторной батареи двигателя. Запас прочности регулятора скорости (20–30%) повышает его надёжность.

Дайте определение бесщеточному двигателю / Что означает бесщеточный двигатель?

Копределить бесщеточный двигательПроще говоря: это электродвигатель, в котором отсутствуют угольные щётки и используется электронная коммутация для питания обмоток статора. Если вы спросите:что означает бесщеточный двигатель», это определение отражает существенное отличие от коллекторных двигателей.

Как работает бесщеточный двигатель?

Электронная коммутация переключает ток через катушки статора в точно заданной последовательности, так что постоянные магниты ротора притягиваются и толкаются вокруг статора, вызывая вращение. Этот ответкак работает бесщеточный двигательподчеркивает важность синхронизации и магнитного взаимодействия как ключевых принципов.

Какой двигатель выбрать для моего дрона?

Для БПЛА,бесщеточный двигатель для дронаВыбор зависит от полезной нагрузки, размера пропеллера и времени полёта. Гоночные дроны используют маломощные двигатели с высоким КВ; фотодроны предпочитают двигатели с низким КВ и высоким крутящим моментом для стабильности и эффективности.