Silnik bezszczotkowy

Silnik bezszczotkowy to specjalny rodzaj silnika elektrycznego, w którym zamiast mechanicznego komutatora ze szczotkami stosuje się elektrycznie sterowany komutator. W tej konstrukcji cewki są nieruchome, a magnesy znajdują się na wirniku. Komutator elektroniczny korzysta z prądu stałego, a jego układ kolejno włącza i wyłącza zasilanie cewek, których pole magnetyczne powoduje obrót wirnika. W tym artykule przyjrzymy się jego wyjątkowej budowie oraz praktycznemu zastosowaniu.

Silnik bezszczotkowy - budowa i działanie

Różnica w budowie silnika bezszczotkowego i szczotkowego pozwala na uzyskanie lepszego stosunku mocy do masy własnej urządzenia. Oznacza to, że przy tej samej masie jest on bardziej wydajny od swojego „słabszego” odpowiednika. Uzwojenie tego silnika stanowią trzy cewki, które są połączone w układ gwiazdowy, dlatego zauważamy trzy przewody, które z niego wychodzą. Cewki te są nawinięte na stalowy rdzeń, który skupia strumień magnetyczny, jaki powstaje podczas przepływu przez nie prądu. Pole magnetyczne, które powstaje w wyniku tego procesu, daje możliwość zmiany położenia rotora. Do właściwej przebiegu pracy konieczne jest wysterowanie przebiegów w uzwojeniu. Nie wolno takiego silnika podłączać bezpośrednio do źródła zasilania.

Działanie silnika bezszczotkowego opiera się na sekwencyjnym zasilaniu cewek, które powodują ciągłą zmianę kierunku wytwarzanego przez siebie pola magnetycznego. Pole to oddziałuje na rotor, który jest wyposażony w magnesy stałe i wprawia go w ruch obrotowy. Za każdym razem równolegle zasilane są dwie z trzech cewek, które wprawiają rotor w ruch obrotowy. Powoduje on indukowanie się siły elektromotorycznej w uzwojeniach. W tym momencie pojawia się rola układu sterującego, który na podstawie pomiarów indukowanego napięcia umożliwia określić odpowiedni moment dla rozpoczęcia kolejnej sekwencji.

Silnik bezszczotkowy - charakterystyka i zastosowanie

Wyeliminowanie szczotek w budowie tego silnika sprawia, że jego konstrukcja jest trwalsza i niezawodna. Jest tak dlatego, że szczotki są jedną z najczęstszych przyczyn awarii silników elektrycznych, a przy tym jego najszybciej zużywającym się elementem mechanicznym. Ich usunięcie powoduje, że w silniku bezszczotkowym jedynym zużywającym się elementem są jego łożyska. Eliminacja szczotek sprawia również, że praca silnika jest cichsza i ma on wyższą sprawność energetyczną. Dodatkowo ich charakterystyczna konstrukcja pozwala na zastosowanie szczelniejszej obudowy, ponieważ ciepło z cewek może być przez nią bezpośrednio odprowadzone. Dzięki temu nie trzeba zapewniać cyrkulacji powietrza w urządzeniu. Kolejną znaczącą ich zaletą jest możliwość pełnej kontroli prędkości obrotowej, praktycznie niezależnie od momentu silnika. Wadą tego typu silnika jest jego cena, drożej jest go wyprodukować ze względu na stosowane w nim specjalistyczne sterowniki elektroniczne, które umożliwiają działanie konstrukcji.

Niezawodność silników bezszczotkowych sprawia, że są one stosowane w przemyśle informatycznym. Napędzają one takie podzespoły komputera jak napędy optyczne czy talerzowe dyski twarde, a nawet wentylatorach komputerowych. Są przydatne wszędzie tam, gdzie iskry, jakie zwykle powstają na szczotkach, mogłyby doprowadzić do zapłonu bądź wybuchu. Możliwość lepszej kontroli i stosowania szczelnych obudów sprawia, że są popularne w zdalnie sterowanych modelach pojazdów. Silniki bezszczotkowe znajdują również zastosowanie w pełnowymiarowej motoryzacji, w pojazdach o napędzie elektrycznym. Przy ich wykorzystaniu buduje się również elektronarzędzia akumulatorowe, gdyż pozwalają na zwiększenie ich wydajności.