Безколекторні двигуни
В основі роботи безколекторного (brushless) двигуна постійного струму лежить синхронний принцип дії (синхронна зміна ЕРС та швидкості). На роторі двигуна закріплені постійні магніти 1, а на набраному з пластин статорі 2 - трифазна обмотка 3, з'єднана за схемою "зірка" або "трикутник".
Рис.1.54. Безколекторний двигун
Живлення обмотки здійснюється таким чином, щоб у статорі створювалося магнітне поле, що обертається. Для цього за допомогою напівпровідникового комутатора виконується послідовне перемикання живлення фаз. Оскільки постійний магніт завжди прагне зайняти положення по лінії магнітного поля, при такому управлінні живленням статора ротор приходить у обертання. Для реалізації зворотний зв'язок просторове положення (кут повороту) ротора контролюється за допомогою спеціального датчика, встановленого на валу двигуна.
Рис.1.55. Управління безколекторним двигуном за допомогою датчиків Холла
Як правило, для цього застосовується датчик Холла або оптронний датчик, який з'єднується з комутатором напівпровідникового. Як комутатор використовується контролер або сервопідсилювач, що управляє силовими ключами каскаду посилення потужності (транзисторами), до яких підключена обмотка двигуна. Залежно від кута повороту ротора комутатор перемикає транзистори, регулюючи живлення фаз обмотки. Комутатор та датчик кута повороту ротора виконують функції щітково-колекторного вузла колекторних двигунів постійного струму.
Рис.1.56. комутаційних станів обмоток та вихідні сигнали датчиків Холла
При необхідності вал електродвигуна може виготовлятися порожнистим для компактного проведення через нього електричних, пневматичних та інших комунікацій.
Безколекторні двигуни постійного струму характеризуються широким діапазоном регулювання швидкості обертання, перевищуючи цей показник двигуни змінного струму. Разом з тим, відсутність тертя між ротором і статором обумовлює наступні переваги в порівнянні з колекторними двигунами:
- дуже високу надійність (термін служби обмежений фактично лише ресурсом підшипників та постійних магнітів*);
- дуже високий ККД (до 95%);
- лінійність робочої характеристики;
- мінімальний рівень шуму;
- мінімальне виділення тепла;
- відсутність витрат за технічне обслуговування.
Для збільшення ресурсу роботи в безколекторних двигунах постійного струму застосовуються постійні магніти, що володіють підвищеною намагніченістю, на основі рідкоземельних металів - неодим-залізо-борового магнітного сплаву Nd 2Fe 14B.
Рис.1.57. комутаційних станів обмоток та вихідних сигналів датчиків Холла
Рис.1.58. Анімація роботи безколекторного двигуна