Відмінність щеточного мотор-колеса від бесщеточного

Спробуємо розібратися у відмінностях щіткових і безщіткових електродвигунів, щоб зуміти належним чином оцінити переваги, власне, безщіткових мотор-коліс.

Безколекторний електродвигун постійного струму - найпоширеніший різновид рухового механізму в електровелосипед. Мотор-колесо такого типу дозволяє переобладнати практично будь-який міський велосипед на електричний, практично не порушуючи його функціонального призначення, але значно розширюючи його можливості.

Подібного роду двигуни знайшли широке застосування також і серед скутерів, мотоциклів, автомобілів, вироб справжню революцію в області електротранспортної індустрії і вивівши її на кардинально новий рівень можливостей. Надійність, високий ККД, невелика вартість, відмінна питома потужність - мала частина переваг електродвигунів даного типу.

Основне завдання колекторно-щіткового механізму полягає в подачі напруги від акумуляторів на обмотки електродвигуна. Головним же недоліком колекторного механізму є його швидкий знос, більш того - рівень цього зносу в значній мірі визначається потужністю електромотора. Руйнування елементів щіткового мотор-колеса сприяють: підвищена температура експлуатації, електроерозійні процеси, забруднення продуктами зносу щіток.

Колекторно-щітковий вузол є однією з причин зниження ККД електромотора, за допомогою споживання значної кількості енергії. З метою підвищення рівня ефективності роботи мотор-колеса було вирішено передати функцію управління його роботою контролера. У самому ж електричному моторі поміняли місцями обмотки і постійні магніти. Крім цього в статор вбудували три датчика положення ротора (датчика Холла). Спеціальний електронний контролер, сприймаючи цифрову інформацію від магнітних датчиків Холла, забезпечив виконання поставлених завдань, подаючи тягове напруга на обмотки статора, і тим самим формуючи магнітне поле в двигуні шляхом перемикання його обмоток з регульованою частотою. Від частоти цих перемикань прямо залежить швидкість обертання мотор-колеса. Звертаємо Вашу увагу на те, що контролери для щіткових і безщіткових моторів є дещо різними пристрою, і з цієї причини не можуть бути взаємозамінними, оскільки виконують вони кілька різних функцій. датчики Холла

Використання в мотор-колесах сильних постійних магнітів зі сплавів рідкоземельних металів дозволило відмовитися від щіткового механізму і підвищити таким чином ККД двигуна до рекордних 95%. Магніти з рідкоземельних елементів уможливили отримання високого рівня магнітної індукції і зменшення розмірів ротора.

В цілому, принцип роботи бесколлекторного електродвигуна грунтується на коммутірованіі керуючим електронним контролером обмоток статора так, щоб вектор магнітного роля статора завжди залишався перпендикулярним вектору магнітного поля ротора. Управління струмом, що проходить через обмотки статора, і, отже, вектором його магнітного поля, з боку контролера проводиться за допомогою широтно-імпульсної модуляції (ШИП): інформація про стан ротора обробляється "мікропроцесором", який і виробляє керуючі ШИП-сигнали. Зазвичай мотор-колеса даного типу мають трифазну обмотку. Найпоширенішим способом подачі напруги є надходження харчування на дві з них завдяки роботі датчиків Холла.

Колекторний електродвигун - двигун, в якому датчиком положення ротора і перемикачем струму в обмотках виступає щітково-колекторний вузол. У колекторних двигунах використовуються стаціонарні металеві контакти (щітки) для передачі електричної енергії на котушки обмоток ротора. Як відомо, обертання магнітного поля - це основа роботи електричного мотора. На відміну від безколекторних двигунів, в яких магнітне поле змінюється імпульсно, в колекторних двигунах воно змінюється механічно за допомогою якоря і щіток, що ковзають по колектору. При цьому спостерігається циклічний зміні струму, що протікає через область електромагнітних кілець, з зворотного на прямий і навпаки. Зміна напрямок магнітного поля відбувається кожного разу при зміні напрямку струму.

Основними достоїнствами колекторних електродвигунів є простота їх виготовлення, експлуатації та ремонту. У двигунах цього типу контроль за швидкістю обертання може здійснюватися за допомогою найпростішого змінного резистора. Конструктивно двигун без датчиків Холла звичайно простіше, ніж з ними, але дана система має цілий ряд недоліків. Електричні мотори такого плану погано стартують, не розвивають з місця високого показника крутного моменту, мають низький показник ККД, вимагають регулярного обслуговування через постійне тертя і зносу щіток, до того ж, система визначення положення ротора без датчиків функціонує досить ненадійно.

У колекторному двигуні контролер використовується лише для регулювання напруги, в безколекторним ж його призначенням є як регулювання напруги, так і перемикання фаз (тут на допомогу йому приходять вже відомі нам датчики Холла). Бесщеточние мотор-колеса дещо відрізняються від щіток своїм конструктивним виконанням, до того ж, ці двигуни значно більш надійні і довговічні з тієї простої причини, що в них немає щеточного-контактного вузла, немає трансмісії, схильним до швидкого зносу і забруднення.

Переваги безщіткових мотор-коліс:

- відсутність вузлів вимагають частого техобслуговування і швидко піддаються зносу: немає щіткового вузла, який постійно треться і створює іскри;

- високі показники ККД (вище 90%);

- широкий діапазон зміни частоти обертання;

- велика перевантажувальна здатність по моменту;

- швидкодія і динаміка;

- висока надійність і великий термін служби за рахунок відсутності колекторно-щіткового механізму;

- низький рівень нагріву мотора при роботі в режимах перевантажень.

Недоліки безщіткових мотор-коліс:

- більш висока вартість в порівнянні з щітковими, обумовлена ​​використанням дорогих рідкоземельних магнітів і більш досконалою конструкцією ротора;

- значно складніша система керує роботою електромотора механізму.

Недоліки щіткових електродвигунів:

- швидкий знос щіток і комутатора;

- необхідність проведення періодичного технічного обслуговування: чищення щіток і комутатора;

- низький показник крутного моменту з місця;

- зниження ККД моторів, зменшення терміну служби акумуляторних батарей, уповільнення роботи електродвигунів через тертя щіток;

- менший показник співвідношення потужності до ваги моторів.

Бесщеточние мотор-колеса можна розглядати як зворотну версію щіткових електродвигунів, проте даний тип двигуна є більш досконалим: в ньому немає щіток, немає колекторів. Безколекторні мотори більш потужні, надійні, ефективні, зі значно більш високими показниками коефіцієнта корисної дії.

Робота бесщеточного електричного мотор-колеса грунтується на обертанні магнітного поля за допомогою електронного контролера. При обертанні магнітне поле притягується або ж відштовхує постійні магніти. Електричний двигун приводиться в рух впливом надходить від акумуляторних батарей струму, але при його обертанні також генерується струм і зворотне електромагнітне поле. Максимальна швидкість обертання мотор-колеса в значній мірі визначається напругою і створюваним зворотним електромагнітним полем. Збільшення швидкості руху магнітів відбувається шляхом простого збільшення сили магнітного поля. При збільшенні тривалості подаються імпульсів (широтно-імпульсна модуляція) магнітне поле стає в значній мірі сильніше. Ротор обертається швидше через зростання показника обертального моменту. Виходячи з цього, можна стверджувати, що єдине, що фізично може зіпсується в цьому типі двигуна - це магніт (що дуже малоймовірно) і датчики Холла. В общем-то, безколекторним мотор-колесо практично вічно!

Схожі статті

• Мотор з щітками проти бесщеточного