Az egyenáramú villanymotorok a legfontosabb találmányok közé tartoznak, amelyekre a modern világ nagymértékben támaszkodott. Ezeket a motorokat háztartási készülékekben, elektromos szerszámokban, drónokban, számítógépes hűtőrendszerekben, robotikában és elektromos járművekben használják.
A manapság két legelterjedtebb egyenáramú villanymotor a kefés és a kefe nélküli egyenáramú motor. Mindkét motornak ugyanaz az alapötlete, hogy elektromágnesességet használnak a mechanikai forgatások biztosítására. De a különböző tervezési koncepciók mellett a kefés és kefe nélküli motorok teljesítményében, költségében és karbantartásában is különbségek vannak.
Tehát melyik motor a jobb – kefés vagy kefe nélküli?
Hogyan működik az egyenáramú elektromos motor?
Az elektromos motorok az elektromosságot mechanikai energiává alakítják át. Ezt úgy teszik, hogy elektromos áramot engednek át a réztekercseken, így elektromágneses mezőt hoznak létre amely gerjeszti a motor belsejében lévő állandó mágneseket, ami a forgórész mozgását és mechanikus működését okozza energia.
Bár mind a kefés, mind a kefe nélküli motoroknak ugyanaz a célja, hogy az elektromosságot mechanikai energiává alakítsák, felépítésük eltérő. A különbségek megértéséhez beszéljünk a motortervezésről, kezdve a kefés motorral.
Szálcsiszolt motor dizájn
A kefés motorokat mára már több mint egy évszázada gyártják. Ismeretes, hogy leegyszerűsített felépítésűek, és egy pár szénkefét használnak a motor teljesítményének biztosítására. A szálcsiszolt motorok mindig négy fő részből állnak, ezek a következők:
- Állórész: A motor álló része. Ez tartalmazza az állandó mágneseket, amelyek mozgatják a rotort.
- Forgórész: A motor forgó része. Tartalmaz egy réztekercset, amely áram alatt elektromágnesessé teszi a réztekercset.
- Kommutátor: Fém gyűrű, amely biztosítja a forgórész forgását azáltal, hogy a polaritást minden fél fordulatnál felcseréli.
- Ecsetek: Álló, szénből készült alkatrész, amely közvetlenül kapcsolódik az áramforrás kapcsaihoz. Ezek továbbítják a tápfeszültséget a kommutátorgyűrűhöz, amely aktiválja a rotort.
A kefés motor keféket használ a motor elektromos táplálására, miközben lehetővé teszi a rotor és a kommutátor forgását. A forgórész réztekercsekből áll, amelyek meghajtásukkor alapvetően elektromágnesekké válnak.
Tehát mi történik, ha két mágnes közel kerül egymáshoz?
Nos, a mágneses pólusok elhelyezkedésétől függően vagy vonzzák, vagy taszítják egymást. A kefés motor célja, hogy vonzást és taszítást használjon a motor forgatásához. Itt válik hasznossá a kommutátor.
A kommutátor egy fémgyűrű a forgórész közepén, amely 180 fokonként váltja a rotor mágneses pólusát. Ez hatékonyan biztosítja, hogy a forgórész mágneses pólusa mindig az állórész azonos mágneses pólusához igazodjon, ami taszítást okoz.
Az eredmény? Folyamatos a mechanikus forgatásnak elegendő ereje van a turmixgép (vagy bármi, ami kefés motort használ) áramellátásához.
Kefe nélküli motor kialakítás
A kefe nélküli motorok az 1980-as években kezdtek népszerűvé válni, amikor a tranzisztorok elterjedtek az elektronikában. Miután könnyen elérhető szilárdtest komponensek nagy szerepet játszott a kefe nélküli motorok elektromos kéziszerszámokhoz, háztartási gépekhez és elektronikához való alkalmassá tételében. Összetett, de hatékony kialakításuk nagyobb nyomatékot biztosít a kefe nélküli motoroknak, mint kefés társaiknak.
A kefe nélküli motor kialakítása számos lényeges elemet tartalmaz. A következőket tartalmaznák:
- Állórész: A motor álló része. Számos réztekercset tartalmaz, amelyek áram alatt aktív mágnessé válnak.
- Forgórész: A motor forgó része. Ez tartalmazza az állandó mágneseket, amelyek az állórész és a forgórész közötti elektromágneses tér miatt elfordulnak.
- Hall effektus érzékelő: Egy érzékelő, amely érzékeli, hogy melyik tekercs van feszültség alatt és melyik nem.
- Vezérlő áramkör: Elektronikus áramkör, amelynek célja annak eldöntése, hogy az állórészben mely tekercseket kell feszültség alá helyezni.
Ahogy a név is sugallja, a kefe nélküli motorok nem használnak kefét a motor táplálására. A kefe nélküli motorok szintén nem rendelkeznek áramvezető kommutátorral. Ehelyett egy Hall-effektus-érzékelőt és egy vezérlőáramkört használ annak biztosítására, hogy az állórész és a forgórész egymással ellentétes mágneses pólusai mindig egy vonalba kerüljenek. Egy másik dolog, amit másként találhat, az az, hogy az állórészben a réz tekercsek, míg a forgórészben az állandó mágnesek találhatók.
A kefe nélküli motor alapvetően ugyanúgy működik, mint a kefés motor: a mágneses pólusok különbségeit használja a forgórész mozgatásához, forgást és nyomatékot hozva létre.
De kefék és kommutátorok nélkül hogyan kaphatnak áramot a réztekercsek?
Egyszerűen rögzíti a réztekercseket. Helyhez kötött réztekercseknél már nincs szükség kefékre, mivel közvetlenül vezetékeken keresztül táplálhatja a tekercseket.
Ami a kommutátorokat illeti, a kefe nélküli motor Hall-effektus-érzékelőt és vezérlőáramkört használ. A Hall-érzékelő egy lapos kör alakú érzékelő, amely az állórész réztekercsei mellett helyezkedik el. Mivel az állórész több tekercset tartalmaz, a Hall érzékelő képes érzékelni, hogy ezek közül az egyik tekercs feszültség alatt van-e vagy sem.
Sketchup segítségével készült
Az érzékelő ezután megadja a leolvasást a vezérlőáramkörnek, és eldönti, hogy melyik tekercset aktiválja. Tehát ha a rotor állandó mágnesei a vonzó mágneses pólusok közelébe kerülnek, a vezérlőáramkör leállítja ezeknek a tekercseknek az áramellátását, és bekapcsolja a következő tekercset, amely vonzza a rotor állandó mágneseit. A vezérlőáramkör a tekercseket is feszültség alá helyezi az állandó mágnesek előtt, ami taszítást okoz, és még nagyobb nyomatékot ad a forgásnak.
A kefés és kefe nélküli motorok előnyei és hátrányai
A motor kialakításának különbségei miatt a kefés és a kefe nélküli motoroknak is vannak előnyei és hátrányai. Íme egy táblázat, amely segít megérteni erősségeik és gyengeségeik:
| Csiszolt motor | Kefe nélküli motor | |
|---|---|---|
| Élettartam | Rövid | Hosszú |
| Gyorsulás | Közepes | Magas |
| Hatékonyság | Közepes | Magas |
| Nyomaték | Közepes | Magas |
| Akusztika | Zajos | Csendes |
| Költség | Olcsó | Drága (vezérlő áramkörrel) |
Kefés vagy kefe nélküli motorral rendelkező hardvert vásároljon?
Amint a táblázatból is látható, a kefe nélküli motorok minden tekintetben jobbak (kivéve a költségeket), mint kefés társaik. Nagyobb nyomatékot, gyorsabb gyorsulást, alacsonyabb zajszintet és nagyobb hatékonyságot biztosítanak, valamint tartósabbak.
Tehát amikor lehetősége nyílik új elektromos kéziszerszámot, konyhai készüléket, drónt vagy bármit vásárolni, amihez motorra van szüksége, általában a kefe nélküli motorral szerelt elemeket választja.
Tehát a kefés motorok elavultak?
Hát nem. Különösen azért, mert egy kefe nélküli motor (plusz vezérlőáramkör) lényegesen többe kerül, mint egy kefés motort használó cikk. És bár a kefe nélküli motor jobb, mint a kefés megfelelője, ez nem jelenti azt, hogy a kefés motor rossz. Valójában a kefés motor bőven jó. Kefés motorral ugyanazokat a feladatokat érheti el, mint az emberek kefe nélküli motorral.
Általánosságban elmondható, hogy a kefe nélküli motorok ideális motorok a szerszámok és berendezések belsejében. De vannak olyan helyzetek is, amikor érdemes kefés motorokat használni. Ezek a helyzetek a következőket foglalják magukban:
- Ha a motort rövid ideig tartó, rövid ideig tartó használat során (pl. turmixgép, elektromos ülések és ablaktörlők)
- Amikor egy eszköz/készülék évente csak néhány alkalommal válik hasznossá
- Amikor a feladat nem igényel nagy nyomatékot (pl. játékok, szellőzőnyílások)
- Extrém üzemi körülmények között. A kefés motorokhoz nincs szükség érzékelőkre vagy vezérlőáramkörökre, amelyek szélsőséges időjárási körülmények között meghibásodhatnak
Okos vásárlás
Most, hogy megértette a kefés és a kefe nélküli motorok közötti különbséget, remélhetőleg megkönnyíti az okos vásárlást konyhai készülékek, szerszámok és berendezések vásárlásakor. Ez azt is megmagyarázza, hogy egyes cikkek miért drágábbak társaiknál, noha ugyanazon márkától származnak, ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkeznek, és ugyanazt a formai tényezőt használják. Ne feledje, csak azért, mert kefe nélküli motorral vásárolhat prémium terméket, nem mindig jelenti azt, hogy okos dolog vásárolni.
