Galite pagaminti labai gerai veikiantį bešepetinį nuolatinės srovės variklį. Jis suteikia daug galios, atsižvelgiant į jo svorį. Bešepetėliuose nuolatinės srovės varikliuose naudojama elektroninė komutacija. Tai daro juos patikimesnius ir taupo energiją. Pasaulinė bešepetinių nuolatinės srovės variklių rinka didėja. Iki 2034 m. jos vertė gali siekti 29.95 mlrd. JAV dolerių. Rinka kasmet auga 8.27 % tempu.

• Bešepetėlinių nuolatinės srovės variklių efektyvumas yra 85–90 %. Šepetėlinių variklių efektyvumas yra tik 75–80 %.

• Bešepetėliniai modeliai suteikia didesnį sukimo momentą ir geresnį našumą.

Žingsnis po žingsnio planas padeda nustatyti, ko jums reikia. Jis padeda pasirinkti medžiagas ir dirbti su projektavimu, prototipų kūrimu ir gamyba. Bešepetėliniai varikliai užtikrina didesnį sukimo momentą ir tarnauja ilgiau.

Pagrindiniai skirtumai

• Bešepetėliniai nuolatinės srovės varikliai veikia labai gerai. Jų efektyvumas yra 85–90 %. Šepetėlinių variklių efektyvumas yra tik 75–80 %. Tai reiškia, kad taupote energiją. Variklis taip pat tarnauja ilgiau.

• Prieš konstruodami, žinokite savo projekto tikslus. Pagalvokite apie sukimo momentą, greitį ir efektyvumą. Įsitikinkite, kad variklis atitinka jūsų poreikius.

• Geras šilumos valdymas yra labai svarbus. Naudokite radiatorius, ventiliatorius arba aušinimą skysčiu. Tai padeda išvengti variklio perkaitimo. Taip variklis veikia tinkamai.

• Pasirinkite geriausias medžiagas statybai . Apvijoms naudokite varį. Korpusams naudokite aliuminį. Tai padeda varikliui geriau veikti ir išlikti vėsiam.

• Reikalingas prototipų kūrimas ir testavimas. Pirmiausia sumodeliuokite savo projektą. Tada jį sukurkite ir išbandykite. Įsitikinkite, kad jis atitinka jūsų efektyvumo ir našumo tikslus.

Taikymas ir reikalavimai

Prieš konstruodami bešepetį nuolatinės srovės variklį , pagalvokite, kaip jį naudosite. Patikrinkite, kur šie varikliai naudojami dažniausiai. Tai padės jums išsikelti aiškius tikslus ir pasirinkti geriausią konstrukciją.

Našumo tikslai

Jūsų bešepetis nuolatinės srovės variklis turėtų atitikti jūsų projekto poreikius. Elektrinių transporto priemonių varikliai turi veikti greitai ir greitai reaguoti. Jie turi būti galingi ir gerai veikti mažose erdvėse. Šie varikliai taip pat ilgą laiką veikia tyliai. Atkreipkite dėmesį į šiuos svarbius dalykus:

• Didelis efektyvumas (90–95 %)

• Stipri galia

• Maža trintis dėl elektroninės komutacijos

• Didelis sukimo momentas ir greitis

• Tikslus greičio valdymas

• Regeneracinis stabdymas energijai taupyti

Iš anksto nustatykite savo sukimo momento ir efektyvumo poreikius. Tai padės jums pasiekti geriausių projekto rezultatų. Pavyzdžiui, dronų varikliai turėtų būti lengvi ir galingi. Automobilių varikliams reikia didesnio sukimo momento ir geresnio aušinimo.

Apribojimai ir tikslai

Prieš pradėdami, turite žinoti savo projektavimo ribas. Šios ribos padės išvengti problemų vėliau. Štai keletas dažniausiai pasitaikančių robotikos taikinių:

Patarimas: prieš kurdami užsirašykite pagrindinius apribojimus. Tai sutaupys laiko ir padės išvengti klaidų.

Bešepetis nuolatinės srovės variklio dizainas

Projektuojant bešepetį nuolatinės srovės variklį , pirmiausia išsiaiškinama, kaip jis veikia. Reikia apgalvoti tris dalykus: elektromagnetinę konstrukciją, šilumos valdymą ir mechaninę struktūrą. Kiekviena dalis yra svarbi, kaip veikia bešepetis nuolatinės srovės variklis ir koks jo našumas.

Elektromagnetinis dizainas

Pradedate nuo elektromagnetinio projektavimo. Šiame žingsnyje nusprendžiama, kaip jūsų bešepetis nuolatinės srovės variklis sukuria sukimo momentą ir išlaiko efektyvumą. Statorius ir rotorius yra pagrindinės variklio dalys. Statorius turi apvijas. Rotorius laiko nuolatinius magnetus. Tinkamo statoriaus apvijos tipo pasirinkimas padeda sumažinti sukimo momento pulsaciją ir pagerinti variklio darbą. Koncentruotos apvijos padeda aušinti variklį. Paskirstytos apvijos užtikrina sklandesnį variklio veikimą.

Taip pat reikia pasirinkti tinkamą nuolatinio magneto rotorių. Paviršiniai nuolatiniai magnetai (SPM) tinka mažiems varikliams. Vidiniai nuolatiniai magnetai (IPM) geriau veikia dideliems ir greitiems varikliams, pavyzdžiui, automobilių varikliams. Neodimio magnetai yra plačiai naudojami, nes jie sukuria stiprius magnetinius laukus.

Taip pat turite atkreipti dėmesį į oro tarpą tarp statoriaus ir rotoriaus. Mažas ir lygus oro tarpas padeda varikliui geriau dirbti ir sukurti didesnį sukimo momentą. Varikliui valdyti naudojami jutikliai, tokie kaip Holo efekto jutikliai, rotaciniai kodavimo įrenginiai arba optiniai jutikliai. Šie jutikliai padeda žinoti, kur yra rotorius. Tai užtikrina sklandų BLDC variklio veikimą ir leidžia jį gerai valdyti.

• Norėdami rasti rotoriaus padėtį, naudokite jutiklius arba atgalinį elektromagnetinį lauką.

• Pasirinkite geriausią jutiklį savo darbui.

• Varikliui valdyti naudokite pusės tilto grandines.

• Pakeiskite PWM perjungimo dažnį pagal savo poreikius.

• Srovei valdyti naudokite histerezę.

Svarbu pasirinkti geras medžiagas. Statoriaus šerdyje esančios silicio plieno laminacijos padeda sumažinti energijos nuostolius. Varinės apvijos gerai praleidžia elektrą. Turėtumėte subalansuoti rotorių, kad sustabdytumėte vibraciją ir padėtumėte varikliui geriau veikti.

Terminis valdymas

Šilumos valdymas užtikrina jūsų bešepetėlio nuolatinės srovės variklio saugumą ir tinkamą veikimą. Didelės galios bešepetėliniai nuolatinės srovės varikliai veikimo metu įkaista. Jei jų neatvėsinsite, jie gali per daug įkaisti ir sulūžti. Turėtumėte užtikrinti gerą oro cirkuliaciją ir naudoti medžiagas, kurios nukreipia šilumą nuo variklio.

Varikliams, kuriems reikia daug galios, galite naudoti radiatorius, ventiliatorius arba skysčio aušinimą. Aliuminio korpusai padeda, nes jie gerai paskirsto šilumą. Mažiems bešepetėliniams nuolatinės srovės varikliams galite pridėti plyšių arba naudoti ventiliatorius orui pūsti. Kartais, norint gauti geresnių rezultatų, reikia naudoti daugiau nei vieną aušinimo būdą.

Apvijoms turėtumėte naudoti vario lydinius, o korpusams – aliuminį. Šios medžiagos padeda šilumai pasišalinti iš variklio. Karštose vietose geriau naudoti „SmCo“ ir „Alnico“ tipo magnetus. Visada patikrinkite, ar jūsų variklis gali atlaikyti veikiančio variklio keliamą šilumą.

Patarimas: geras aušinimas padeda jūsų bešepetėliniam nuolatinės srovės varikliui tarnauti ilgiau ir geriau veikti.

Mechaninė struktūra

Mechaninė konstrukcija laiko bešepetinį variklį kartu ir turi įtakos jo veikimui. Jums reikia pasirinkti tinkamą tipą savo darbui. Dronams išoriniai rotoriai padeda išlaikyti pastovų greitį ir aušinti variklį. Vidiniai rotoriai suteikia daugiau galios ir greitai įsibėgėja. Diskiniai rotoriai tinka mažoms erdvėms ir palaiko pastovų greitį esant mažoms apkrovoms.

• Vidinis rotorius: rotorius yra statoriaus viduje, mažas, stiprus, greitai įsibėgėja.

• Išorinis rotorius: rotorius yra statoriaus išorėje, palaiko pastovų greitį, tinka dronams, lengvai vėsta.

• Diskinis rotorius: plonas, be veleno, telpa ankštose erdvėse, stabilus esant mažoms apkrovoms.

Velenui ir korpusui rinkitės tvirtas medžiagas. Velenui naudokite plieną, kad jis ilgai tarnautų ir nesusidėvėtų. Aliuminio lydiniai palengvina korpusą ir padeda aušinti variklį. Sudėtingose ​​vietose nerūdijantis plienas arba polimeriniai kompozitai, tokie kaip PEEK, labiau apsaugo variklį.

Pagalvokite, kaip sukonstruosite BLDC variklį, kad jį būtų lengva surinkti ir sutaisyti. Geras dizainas sumažina vibraciją ir triukšmą, o tai padeda BLDC varikliui geriau veikti. Visada įsitikinkite, kad jūsų bešepetis nuolatinės srovės variklis gali sukurti didelį sukimo momentą esant mažam greičiui ir atlikti sunkius darbus.

Pastaba: Tvirta mechaninė konstrukcija padeda jūsų elektroniniu būdu komutuojamam varikliui gerai veikti ir tarnauti ilgai.

Bešepetėliniai nuolatinės srovės varikliai: prototipų kūrimas ir testavimas

Sukūrę bešepetinį nuolatinės srovės variklį (BLDC), galite patikrinti savo projektą. Prieš gamindami daug variklių, galite jį išbandyti. Jums reikia atlikti modeliavimo, konstravimo ir testavimo veiksmus. Šie veiksmai padeda patikrinti, ar jūsų BLDC varikliai atitinka jūsų sukimo momento, efektyvumo ir valdymo tikslus.

modeliavimas

Modeliavimas padeda atspėti, kaip veiks jūsų bešepetis variklis. Nuolatinės srovės variklio elektromagnetiniams ir šiluminiams veiksmams modeliuoti naudojate specialią programinę įrangą. Šis žingsnis taupo laiką ir pinigus. Galite anksti aptikti problemas.

Turite nustatyti tinkamus bešepetėlinių nuolatinės srovės variklių parametrus. Tai padės jums įvertinti efektyvumą ir šilumos išsklaidymą. Štai keli svarbūs parametrai:

• Sutelktųjų parametrų šiluminiai tinklai (LPTN) : tai supaprastina variklio modelį temperatūros patikrinimams.

• Baltosios dėžės modeliai: juose naudojama daug mazgų ir šilumos perdavimo teorija. Jums reikia daug žinoti apie medžiagas.

• Šviesiai pilkos dėžės modeliai: jie paprastesni, juose yra mažiau mazgų. Vis tiek reikia informacijos apie medžiagą ir formą.

• Tamsiai pilkos dėžės modeliai: jie naudoja tik kelis mazgus pagrindiniams šilumos keliams. Jie veikia realiuoju laiku ir gerai spėja. Jums reikia temperatūros duomenų bent iš vienos vietos.

Šiuos modelius galite naudoti norėdami pamatyti, kaip šiluma juda bešepetėliniame variklyje. Taip pat galite imituoti sukimo momentą, greitį ir valdymo atsaką. Tai padeda jums pataisyti padėties valdymo ir variklio valdymo algoritmus prieš konstruojant.

Patarimas: Prieš konstruodami bešepetį nuolatinės srovės variklį, visada atlikite modeliavimą. Tai padės pasiekti didelį efektyvumą ir išvengti klaidų.

Prototipo kūrimas

Po modeliavimo pradedate kurti bešepetėlio nuolatinės srovės variklio prototipą. Turite atlikti aiškius veiksmus, kad įsitikintumėte, jog jūsų bešepetėliniai nuolatinės srovės varikliai veikia tinkamai.

1. Plastikiniame inde ir medyje išgręžkite skylutes varžtams ir velenui.

2. Įkiškite varžtus į stiklainį aštriais galais į išorę.

3. Apvyniokite rites aplink varžtus. Venkite trumpojo jungimo ir patikrinkite poliškumą.

4. Pritvirtinkite neodimio magnetus prie medžio.

5. Įkiškite veleną į stiklainį. Naudokite ilgintuvus, kad nesubraižytumėte daiktų.

Konstruojant gali kilti problemų. Štai keletas dažniausiai pasitaikančių problemų ir jų sprendimo būdų:

• Elektros jungtys: blogas įžeminimas gali sukelti įtampos svyravimus . Ištaisykite tai pagerindami įžeminimo jungtis.

• Komponentų pasirinkimas: kartais norint išlaikyti stabilumą, reikia papildomų filtro kondensatorių.

• Valdymo algoritmai: Nejunkite aukštos įtampos prie ATmega išvadų. Tai sustabdys keistus veiksmus ir programos nustatymus iš naujo.

Turite patikrinti kiekvieną savo bešepetėlio variklio dalį. Įsitikinkite, kad viskas sulygiuota ir tvirtai pritvirtinta. Patikrinkite, ar ritės ir magnetai yra tinkamose vietose. Tai padeda jūsų bešepetėliniams varikliams pasiekti tinkamą sukimo momentą ir veikti sklandžiai.

Pastaba: Kruopštus surinkimas ir dėmesys padės išvengti problemų, susijusių su bešepetėlinio nuolatinės srovės variklio prototipu.

Našumo testavimas

Išbandžius bešepetį nuolatinės srovės variklio prototipą, paaiškės, ar jis atitinka jūsų tikslus. Sukimo momentui, greičiui, efektyvumui ir valdymo tikslumui matuoti naudojami standartiniai bandymai.

Reikia patikrinti bešepetinių nuolatinės srovės variklių etalonus. Jie padeda įvertinti efektyvumą, triukšmą, patikimumą ir šilumos izoliaciją.

Matuojate sukimo momentą esant skirtingiems greičiams. Patikrinate, kaip gerai jūsų bešepetis variklis atlieka padėties ir variklio valdymo užduotis. Taip pat patikrinate, kaip variklis reaguoja į apkrovos ir temperatūros pokyčius. Šie bandymai padeda rasti silpnąsias vietas ir patobulinti BLDC variklius prieš gaminant daug naujų.

Patarimas: Norėdami patikrinti savo bešepetėlio nuolatinės srovės variklio konstrukciją, naudokite ir laboratorinius bandymus, ir modeliavimo rezultatus. Tai padės įsitikinti, kad jis veikia gerai ir yra efektyvus.

Bešepetinių valdiklių integravimas ir gamyba

Valdiklio integravimas

Savo bešepetiniam nuolatinės srovės varikliui turite pasirinkti tinkamą elektroninį greičio reguliatorių (ESC). ESC valdo variklį ir daro įtaką jo veikimui. Rinkdamiesi ESC, atkreipkite dėmesį į šiuos dalykus: greičio poreikius, pvz., kaip greitai ar lėtai variklis sukasi ir kaip greitai keičiasi greitis . Pagalvokite apie apkrovas, kurias atlaikys jūsų bešepetis nuolatinės srovės variklis . Patikrinkite temperatūrą ir drėgmę vietoje, kurioje veiks variklis. Taip pat pagalvokite, kiek kainuoja variklis ir valdiklis.

ESC srovės stipris ir įtampa turi atitikti jūsų bešepetėlį variklį. Įsitikinkite, kad ESC veikia su jūsų BLDC varikliais. Tai apsaugo nuo perkaitimo ir užtikrina sklandų veikimą . Tai taip pat padeda jūsų bešepetėlėms dalims tarnauti ilgiau.

Jūsų bešepetis nuolatinės srovės variklis ir valdiklis bendrauja naudodami skirtingus protokolus. Čia yra lentelė su kai kuriais dažniausiai pasitaikančiais protokolais :

Pasirinkite protokolą, kuris atitinka jūsų variklio valdymo poreikius ir sistemą.

Gaminamumas

Padarykite bešepetėlius nuolatinės srovės variklius lengvai pagamintus. Sutelkite dėmesį į tai, kad jie gerai veiktų, užtikrintų gerą sukimo momentą ir greitį . Naudokite elektroninį komutavimą, kad sumažintumėte nusidėvėjimą ir trintį. Taip jūsų variklis veikia geriau ir tarnauja ilgiau. Rutulinių guolių susidėvėjimas riboja bešepetėlio variklio tarnavimo laiką.

Sukonstruokite bešepetį variklį su mažiau judančių dalių. Ant rotoriaus uždėkite nuolatinius magnetus, o ant statoriaus – apvijas. Tai sumažins inerciją ir padės jūsų nuolatinės srovės varikliams greičiau reaguoti gamyklose. Naudokite specialius projektavimo triukus ir ekranavimą, kad elektromagnetiniai trukdžiai (EMI) netrukdytų kitai elektronikai.

Patarimas: Naudojant pažangų valdymą, pvz., lauko orientuotą valdymą (FOC), jūsų bešepetis nuolatinės srovės variklis veikia sklandžiai ir užtikrina geresnį sukimo momentą esant nuliniam greičiui.

Gamybos parengimas

Pasiruoškite gamybai nustatydami gerus kokybės patikrinimus . Atlikite veiksmus, kaip surinkti bešepetį variklį. Įsitikinkite, kad atitinkate radialinės ir ašinės krypties tikslumą. Patikrinkite, ar rotorius stabilus, kad bešepetis variklis veiktų gerai.

Prieš sujungdami dalis, nuvalykite jas. Paviršiai turi būti švarūs, be alyvos ar nešvarumų, kad būtų geras kontaktas. Šepetėlių slėgis ir padėtis turi atitikti nurodytus brėžinyje. Bešepetėlio nuolatinės srovės variklio vidų laikykite švarų, be jokių šiukšlių. Įsitikinkite, kad visos jungtys atliktos teisingai.

Pastaba: Kruopštus paruošimas prieš gamybą padeda jūsų bešepetiniam nuolatinės srovės varikliui gerai veikti ir užtikrinti didelį sukimo momentą.

Galite sukurti gerai veikiančią bešepetę sistemą, jei atliksite kiekvieną šio vadovo žingsnį. Kiekviena dalis, nuo planavimo iki tikrinimo, padeda išvengti klaidų ir pasiekti savo tikslus. Bešepetėliniai varikliai veikia geriau ir tarnauja ilgiau. Jų nereikia daug taisyti ir laikui bėgant jie kainuoja mažiau.

• Bešepetėliniai varikliai neturi šepetėlių ar komutatorių , todėl jų nereikia dažnai taisyti.

• Jie tarnauja ilgiau ir mažiau genda.

• Išleisite mažiau pinigų juos taisydami.

Daugelyje įmonių naudojami bešepetėliniai varikliai. Lėktuvuose jie padeda svarbioms judančioms dalims . Oro kondicionieriai juos naudoja kompresoriams gerai valdyti. Automobiliai juos naudoja kuro siurbliams, kurie veikia nuolat.

Jei norite sužinoti daugiau, peržiūrėkite tokius vadovus kaip „Bešepetinių nuolatinės srovės variklių pagrindai“ ir „Kaip pagaminti pažangius BLDC variklių valdiklius“. Atlikite šiuos veiksmus, kad jūsų pačių bešepetinių variklių projektai veiktų geriau.

DUK

Kuo skiriasi bešepetis variklis nuo šepetėlinio variklio?

Bešepetėlinį variklį naudojate , kai norite didesnio efektyvumo ir mažiau priežiūros. Bešepetėliniai varikliai neturi šepetėlių, kurie susidėvi. Tai reiškia, kad jie tarnauja ilgiau ir veikia sklandžiau.

Kaip valdyti bešepetinio variklio greitį?

Bešepetinio variklio greitį valdote elektroniniu greičio reguliatoriumi. Valdiklis keičia varikliui tiekiamą galią. Tai leidžia lengvai nustatyti greitį ir kryptį.

Ar galima sutaisyti bešepetį variklį, jei jis nustoja veikti?

Kai kuriuos bešepetėlinius variklius galite suremontuoti. Pirmiausia patikrinkite laidus, valdiklį ir magnetus. Jei radote sugedusių dalių, gali tekti jas pakeisti. Kartais, jei pažeidimai sunkūs, reikia įsigyti naują variklį.

Kodėl bešepetis variklis veikia vėsiau nei šepetėlinis variklis?

Bešepetis variklis veikia vėsiau, nes jame nėra šepetėlių, kurie sukeltų trintį. Mažesnė trintis reiškia mažiau šilumos. Gera aušinimo konstrukcija taip pat padeda palaikyti žemą variklio temperatūrą.

Kur dažniausiai naudojate bešepetėlinius variklius?

Bešepetėlinius variklius rasite dronuose, elektriniuose automobiliuose ir buitiniuose prietaisuose. Daugelis žmonių juos naudoja įrankiuose ir robotuose. Šie varikliai puikiai veikia ten, kur reikalingas didelis efektyvumas ir ilgas tarnavimo laikas.