W ciągu ostatniej dekady bezszczotkowe silniki prądu stałego (bldc) coraz częściej zastępowały szczotkowe silniki prądu stałego, zwłaszcza w zastosowaniach, w których wymagane są wysokie prędkości (powyżej 12 000 obr./min) i długa żywotność.
Ale silniki BLDC nie mają wszystkich zalet: silniki BLDC zapewniają proste sterowanie i brak zębatek, podczas gdy złożona konstrukcja silników BLDC oznacza wyższe koszty — konwencjonalne silniki BLDC mają konstrukcję szczelinową, to znaczy cewki są uzwojone w szczelinach wokół stojana .
W rezultacie opracowano silnik BLDC o konstrukcji bez rowków, który ma 4 główne zalety w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami BLDC z rowkami.
Bezszczelinowe silniki BLDC wykorzystują konstrukcję bez szczelin. Cewki są nawijane w oddzielnej operacji zewnętrznej, a następnie wkładane bezpośrednio do szczeliny powietrznej podczas montażu silnika.
W silnikach BLDC z rowkiem obecność zębów stojana uniemożliwia zminimalizowanie całkowitego rozmiaru silnika. Ponadto, wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru silnika, proces nawijania staje się coraz trudniejszy. Natomiast bezszczotkowe silniki prądu stałego bez szczelin mają uzwojenia, które są ukośnie lub osiowo zamocowane na cylindrycznym rdzeniu stojana, co ułatwia redukcję rozmiaru.
Konstrukcja bez rowków ma również zalety kosztowe, ponieważ zmniejsza złożoność, a rdzeń stojana jest łatwiejszy w produkcji.
Podczas gdy obie konstrukcje mogą pracować z prędkościami znacznie wyższymi niż szczotkowe silniki prądu stałego, konstrukcje szczelinowe i bez szczelin mają różne charakterystyki przy dużych prędkościach. Aby uzyskać stabilność mechaniczną przy dużych prędkościach (od 40 000 do 60 000 obr./min), wirniki bezszczelinowe mają zwykle dwubiegunową konstrukcję z magnesami trwałymi. Ponadto, ze względu na istnienie dużej szczeliny powietrznej, gdy silnik pracuje z dużą prędkością, utrata rdzenia stojana jest ograniczona do akceptowalnego zakresu. Oznacza to, że bezszczelinowy silnik BLDC korzysta z bezszczelinowej struktury stojana o stosunkowo niskich stratach w rdzeniu, a tym samym dużej gęstości mocy.
W rzeczywistości, we wczesnych latach bezszczelinowego silnika BLDC, jego gęstość mocy była niższa niż w równoważnym silniku szczelinowym. Jednak pojawienie się wysokoenergetycznych magnesów trwałych i ich alternatywnych urządzeń magnetyzujących zmniejszyło różnicę w wydajności. Szczelinowe silniki BLDC są mniej zdolne do stosowania magnesów o wysokiej energii ze względu na grubsze zęby wymagane do zwiększenia obciążenia magnetycznego silnika, co ma wpływ na zmniejszenie powierzchni rowka, a tym samym obciążenia elektrycznego silnika.
Silniki BLDC z rowkiem mogą zapewniać wyższy moment obrotowy niż konstrukcje bez rowka, ponieważ konstrukcje z rowkiem mogą wytrzymać wyższe temperatury, co pozwala na wytworzenie większego momentu obrotowego. Jednak ze względu na nasycenie obwodu magnetycznego podczas pracy z przeciążeniem moment obrotowy silnika jest zmniejszony, a bezzębny w konstrukcji bez rowków nie ma nasycenia magnetycznego, zapewniając w ten sposób lepsze przeciążenie.
Chociaż bezszczelinowe silniki BLDC mają wiele zalet w porównaniu ze standardowymi bldc, w praktycznych zastosowaniach bezszczelinowe silniki BLDC nie zawsze są najlepszym wyborem. Na przykład bezszczelinowe silniki BLDC oferują niską indukcyjność, co stanowi wyzwanie dla sterowania ruchem. Jeśli stosowane jest sterowanie z modulacją szerokości impulsu (pwm), niższa indukcyjność powoduje większe straty silnika. W celu złagodzenia problemu niskiej indukcyjności można zastosować elementy sterujące o wyższych częstotliwościach przełączania (od 80 do 100 kHz) lub indukcyjności z kompensacją szeregową.
W rzeczywistości różne technologie silników BLDC są odpowiednie do różnych zastosowań. Szczelinowe silniki BLDC nadają się do zastosowań takich jak pojazdy elektryczne lub sprzęt AGD, które wymagają dużej liczby biegunów, a ostateczny rozmiar nie stanowi problemu. Są również preferowane w trudnych warunkach, ponieważ cewki o konstrukcji szczelinowej są łatwiejsze do ochrony i mechanicznie utrzymywane przez zęby stojana. A w zastosowaniach wymagających dużej prędkości i niewielkich rozmiarów, takich jak sprzęt medyczny lub przenośne narzędzia przemysłowe, bezszczelinowe silniki BLDC są lepszym wyborem, oferując najlepsze rozwiązanie.
