Η ιστορία των κινητήρων ξεκίνησε με την ανακάλυψη ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων στις αρχές του 19ου αιώνα και σταδιακά έγινε ένα από τα πιο σημαντικά ηλεκτρονικά συστήματα στη βιομηχανική εποχή. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, οι μηχανικοί και οι τεχνικοί έχουν εφεύρει πολλούς τύπους κινητήρων, συμπεριλαμβανομένων των κινητήρων συνεχούς ρεύματος (DC), των επαγωγικών κινητήρων και των σύγχρονων κινητήρων.
Ως τύπος σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη (PMSM), οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες έχουν μακρά ιστορία. Ωστόσο, τις πρώτες μέρες, λόγω της δυσκολίας του στην εκκίνηση και την αλλαγή ταχύτητας, δεν χρησιμοποιήθηκε ευρέως παρά μόνο για βιομηχανικές εφαρμογές με ακριβούς μηχανισμούς ελέγχου. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια, με τη βελτίωση των ισχυρών μόνιμων μαγνητών και την ενίσχυση της ευαισθητοποίησης των ανθρώπων για την εξοικονόμηση ενέργειας, οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες έχουν αναπτυχθεί γρήγορα σε διάφορους τομείς.
Η διαφορά μεταξύ κινητήρων με βούρτσα DC και κινητήρων χωρίς ψήκτρες
Ο κινητήρας με βούρτσα συνεχούς ρεύματος (συνήθως αναφέρεται ως κινητήρας συνεχούς ρεύματος) έχει τα χαρακτηριστικά της καλής δυνατότητας ελέγχου, της υψηλής απόδοσης και της εύκολης σμίκρυνσης. Είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος τύπος κινητήρα. Σε σύγκριση με τον κινητήρα με βούρτσα DC, ο κινητήρας χωρίς ψήκτρες δεν απαιτεί βούρτσες και μεταγωγείς, επομένως έχει μεγάλη διάρκεια ζωής, είναι εύκολο να συντηρηθεί και έχει χαμηλό θόρυβο λειτουργίας. Επιπλέον, όχι μόνο έχει την υψηλή δυνατότητα ελέγχου του κινητήρα DC, αλλά έχει επίσης υψηλό βαθμό δομικής ελευθερίας και είναι εύκολο να ενσωματωθεί στον εξοπλισμό. Χάρη σε αυτά τα πλεονεκτήματα, η εφαρμογή των κινητήρων χωρίς ψήκτρες έχει σταδιακά επεκταθεί. Επί του παρόντος, έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε βιομηχανικό εξοπλισμό, εξοπλισμό αυτοματισμού γραφείου και οικιακές συσκευές.
Συνθήκες λειτουργίας κινητήρων χωρίς ψήκτρες
Όταν ο κινητήρας χωρίς ψήκτρες λειτουργεί, ο μόνιμος μαγνήτης χρησιμοποιείται πρώτα ως ρότορας (περιστρεφόμενη πλευρά) και το πηνίο χρησιμοποιείται ως στάτορας (σταθερή πλευρά). Στη συνέχεια, το εξωτερικό κύκλωμα μετατροπέα ελέγχει τη μεταγωγή του ρεύματος στο πηνίο σύμφωνα με την περιστροφή του κινητήρα. Ο κινητήρας χωρίς ψήκτρες χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το κύκλωμα μετατροπέα που ανιχνεύει τη θέση του ρότορα και εισάγει το ρεύμα στο πηνίο σύμφωνα με τη θέση του ρότορα.
Υπάρχουν τρεις κύριες μέθοδοι για την ανίχνευση της θέσης του ρότορα: η μία είναι η ανίχνευση ρεύματος, η οποία είναι απαραίτητη προϋπόθεση για έλεγχο με προσανατολισμό στο μαγνητικό πεδίο. Το δεύτερο είναι η ανίχνευση αισθητήρα Hall, η οποία χρησιμοποιεί τρεις αισθητήρες Hall για να ανιχνεύσει τη θέση του ρότορα μέσω του μαγνητικού πεδίου του ρότορα. Το τρίτο είναι η ανίχνευση επαγόμενης τάσης, η οποία ανιχνεύει τη θέση του ρότορα μέσω της επαγόμενης αλλαγής τάσης που δημιουργείται από την περιστροφή του ρότορα, η οποία είναι μία από τις μεθόδους ανίχνευσης θέσης του επαγωγικού κινητήρα.
Υπάρχουν δύο βασικές μέθοδοι ελέγχου για κινητήρες χωρίς ψήκτρες. Επιπλέον, υπάρχουν ορισμένες μέθοδοι ελέγχου που απαιτούν πολύπλοκους υπολογισμούς, όπως ο διανυσματικός έλεγχος και ο έλεγχος ασθενούς πεδίου.
Οδήγηση τετραγωνικών κυμάτων
Σύμφωνα με τη γωνία περιστροφής του ρότορα, η κατάσταση μεταγωγής του στοιχείου ισχύος του κυκλώματος του μετατροπέα αλλάζει και στη συνέχεια αλλάζει η τρέχουσα κατεύθυνση του πηνίου του στάτορα για να περιστραφεί ο ρότορας.
Ημιτονοειδής κίνηση
Ο ρότορας περιστρέφεται ανιχνεύοντας τη γωνία περιστροφής του ρότορα, δημιουργώντας ένα τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα με μετατόπιση φάσης 120 μοιρών στο κύκλωμα του μετατροπέα και, στη συνέχεια, αλλάζοντας την κατεύθυνση ρεύματος και το μέγεθος του πηνίου του στάτορα.
Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες χρησιμοποιούνται σήμερα ευρέως σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένων των οικιακών συσκευών, των ηλεκτρονικών αυτοκινήτων, του βιομηχανικού εξοπλισμού, του αυτοματισμού γραφείου, των ρομπότ και των φορητών ηλεκτρονικών ειδών ευρείας κατανάλωσης. Στο μέλλον, με τη συνεχή πρόοδο της τεχνολογίας των κινητήρων, η εφαρμογή κινητήρων συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες θα έχει ευρύτερο χώρο ανάπτυξης.
