За последнее десятилетие бесщеточные двигатели постоянного тока (bldcs) все чаще заменяют щеточные двигатели постоянного тока, особенно в приложениях, где требуются высокие скорости (более 12 000 об/мин) и длительный срок службы.
Но двигатели BLDC не обладают всеми преимуществами: двигатели BLDC обеспечивают простое управление и отсутствие зубчатых зацеплений, в то время как сложная конструкция двигателей BLDC означает более высокие затраты - обычные двигатели BLDC имеют пазовую конструкцию, то есть катушки наматываются в пазах вокруг статора. .
В результате был разработан BLDC-двигатель с беспазовой конструкцией, который имеет 4 основных преимущества по сравнению с обычными щелевыми BLDC-двигателями.
В двигателях BLDC без пазов используется конструкция без пазов. Катушки наматываются отдельной внешней операцией, а затем вставляются непосредственно в воздушный зазор при сборке двигателя.
В двигателях BLDC с прорезями наличие зубьев статора не позволяет минимизировать общий размер двигателя. Кроме того, по мере уменьшения размеров двигателя процесс намотки становится все более сложным. Напротив, бесщелевые бесщеточные двигатели постоянного тока имеют обмотки, которые наклонены или закреплены в осевом направлении на цилиндрическом сердечнике статора, что упрощает уменьшение размера.
Конструкция без пазов также имеет преимущества с точки зрения затрат, поскольку она снижает сложность и упрощает изготовление сердечника статора.
Хотя обе конструкции могут работать на скоростях, намного превышающих щеточные двигатели постоянного тока, конструкции с прорезями и без прорезей имеют разные характеристики при высоких скоростях. Для получения механической стабильности при высоких скоростях (от 40 000 до 60 000 об/мин) беспазовые роторы обычно имеют двухполюсную конструкцию с постоянными магнитами. Кроме того, благодаря наличию большого воздушного зазора при работе двигателя на высокой скорости потери в сердечнике статора ограничиваются допустимым диапазоном. Это означает, что беспазовый двигатель BLDC выигрывает от конструкции статора без пазов с относительно низкими потерями в сердечнике и, следовательно, высокой плотностью мощности.
Фактически, на заре разработки бесщелевого двигателя постоянного тока его удельная мощность была ниже, чем у эквивалентного двигателя с прорезью. Однако появление высокоэнергетических постоянных магнитов и их альтернативных намагничивающих устройств сократило разрыв в производительности. Щелевые двигатели BLDC менее способны использовать высокоэнергетические магниты из-за более толстых зубцов, необходимых для увеличения магнитной нагрузки на двигатель, что приводит к уменьшению площади паза и, следовательно, электрической нагрузки на двигатель.
Двигатели BLDC с прорезями могут обеспечивать более высокий крутящий момент, чем конструкции без прорезей, потому что конструкции с прорезями могут выдерживать более высокие температуры, что позволяет создавать больший крутящий момент. Однако из-за насыщения магнитопровода при работе с перегрузкой крутящий момент двигателя снижается, а беззубец в бесщелевой конструкции не имеет магнитного насыщения, что обеспечивает лучшую перегрузку.
Хотя двигатели BLDC без пазов имеют много преимуществ по сравнению со стандартными двигателями BLDC, в практических приложениях двигатели BLDC без пазов не всегда являются лучшим выбором. Например, двигатели BLDC без пазов имеют низкую индуктивность, что создает проблемы для управления движением. Если используется управление с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), более низкая индуктивность приводит к более высоким потерям двигателя. Для решения проблемы низкой индуктивности можно использовать элементы управления с более высокими частотами переключения (от 80 до 100 кГц) или индуктивность с последовательной компенсацией.
Фактически, разные технологии двигателей BLDC подходят для разных применений. Щелевые двигатели BLDC подходят для таких приложений, как электромобили или бытовая техника, которые требуют большого количества полюсов, и окончательный размер не является проблемой. Они также предпочтительнее в суровых условиях, поскольку катушки с прорезями легче защитить и механически удерживать зубьями статора. А для применений, требующих высокой скорости и небольшого размера, например, в медицинском оборудовании или переносных промышленных инструментах, бесщелевые двигатели BLDC являются лучшим выбором, предлагая лучшее решение.
