За последнее десятилетие бесщеточные двигатели постоянного тока (bldc) все чаще заменяют щеточные двигатели постоянного тока, особенно в тех случаях, когда 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 высокую стоимость — обычные двигатели BLDC имеют щелевую конструкцию, то есть катушки намотаны в пазы вокруг статора.
В результате был разработан двигатель BLDC с бесщелевой конструкцией, который имеет 4 основных преимущества по сравнению с обычными щелевыми двигателями BLDC.
В бесщелевых двигателях BLDC используется конструкция без пазов. Катушки наматываются на отдельную внешнюю операцию, а затем вставляются непосредственно в воздушный зазор во время сборки двигателя.
В щелевых двигателях BLDC наличие зубьев статора предотвращает минимизацию габаритных размеров двигателя. Кроме того, по мере уменьшения размеров двигателя процесс намотки становится все более сложным. В отличие от них, бесщеточные двигатели постоянного тока без щелей имеют обмотки, которые наклонены или закреплены в осевом направлении на цилиндрическом сердечнике статора, что облегчает уменьшение размеров.
Конструкция без пазов также имеет экономические преимущества, поскольку она снижает сложность, а сердечник статора проще в изготовлении.
Несмотря на то, что обе конструкции могут работать на скоростях, намного превышающих щеточные двигатели постоянного тока, щелевые и бесщелевые конструкции имеют разные характеристики на высоких скоростях. Для получения механической стабильности на высоких скоростях (от 40 000 до 60 000 об/мин) бесщелевые роторы обычно имеют двухполюсную конструкцию с постоянными магнитами. Кроме того, из-за наличия большого воздушного зазора, при работе двигателя на высоких оборотах, потери сердечника статора ограничены приемлемым диапазоном. Это означает, что бесщелевой двигатель BLDC имеет статорную конструкцию без пазов с относительно низкими потерями в сердечнике и, следовательно, высокой удельной мощностью.
На самом деле, на заре разработки бесщелевого двигателя BLDC его удельная мощность была ниже, чем у эквивалентного двигателя с прорезями. Однако появление высокоэнергетических постоянных магнитов и их альтернативных устройств намагничивания сократило разрыв в производительности. Двигатели BLDC с прорезями менее способны использовать высокоэнергетические магниты из-за более толстых зубьев, необходимых для увеличения магнитной нагрузки на двигатель, что приводит к уменьшению площади щели и, следовательно, электрической нагрузки на двигатель.
Двигатели BLDC с прорезями могут обеспечить более высокий крутящий момент, чем конструкции без пазов, поскольку щелевые конструкции могут работать при более высоких температурах, что позволяет создавать больший крутящий момент. Однако из-за насыщения магнитопровода при работе с перегрузкой крутящий момент двигателя снижается, а беззубчатый в безщелевой конструкции не имеет магнитного насыщения, что обеспечивает тем самым лучшую перегрузку.
Несмотря на то, что бесщелевые двигатели BLDC имеют много преимуществ по сравнению со стандартными BLDC, в практическом применении бесщелевые двигатели BLDC не всегда являются лучшим выбором. Например, бесщелевые двигатели BLDC имеют низкую индуктивность, что создает проблему для управления движением. При использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ) более низкая индуктивность приводит к более высоким потерям в двигателе. Для решения проблемы низкой индуктивности можно использовать регуляторы с более высокими частотами переключения (от 80 до 100 кГц) или последовательно компенсированной индуктивностью.
На самом деле, различные технологии двигателей BLDC подходят для разных областей применения. Двигатели BLDC с прорезями подходят для таких применений, как электромобили или бытовая техника, где требуется большое количество полюсов, а окончательный размер не является проблемой. Они также предпочтительны в суровых условиях, так как катушки с прорезями легче защитить и механически удерживаются зубьями статора. А для применений, требующих высокой скорости и небольших размеров, например, в медицинском оборудовании или портативных промышленных инструментах, двигатели BLDC без пазов являются лучшим выбором, предлагая лучшее решение.