Безколекторний двигун постійного струму має на статорі трифазну обмотку і постійний магніт на роторі. Магнітне поле, що обертається, створюється обмоткою статора, при взаємодії з яким магнітний ротор приходить в рух. Для створення магнітного поля, що обертається на обмотку статора подається система трифазних напруг, яка може мати різну форму і формується різними способами. Формування напруги живлення (комутація обмоток) для безколекторного двигуна постійного струму проводитися спеціалізованими блоками електроніки - контролером двигуна.

Замовити безколекторний двигуну нашому каталозі

У найпростішому випадку попарно обмотки підключаються до джерела постійної напруги і в міру того як ротор повертається в напрямку вектора магнітного поля обмотки статора проводиться підключення напруги до іншої пари обмоток. Вектор магнітного поля статора при цьому займає інше положення та обертання ротора продовжується. Для визначення потрібного моменту підключення наступних обмоток використовується датчик ротора, частіше за інших використовуються датчики Холла.

Можливі варіанти та спеціальні випадки

Безколекторні двигуни, що випускаються зараз, можуть мати різну конструкцію.

За виконанням статорної обмотки можна виділити двигуни з класичною обмоткою, намотаною на сталевий сердечник, і двигуни з порожнистою циліндричною обмоткою без сталевого сердечника. Класична обмотка має значно більшу індуктивність, ніж порожниста циліндрична обмотка, і відповідно більшу постійну часу. Через це з одного боку, порожниста циліндрична обмотка допускає більш динамічну зміну струму (а, отже, і моменту), з іншого боку при роботі від контролера двигуна, що використовує ШІМ-модуляцію невисокої частоти для згладжування пульсацій струму, потрібні дроселі, що фільтрують, більшого номіналу (А відповідно і більшого розміру). Крім того, класична обмотка, як правило, має помітно більший момент магнітної фіксації, а також менший ККД, ніж порожниста циліндрична обмотка.

Ще одна відмінність, за якою розділяються різні моделі двигунів – це взаємне розташування ротора та статора – існують двигуни із внутрішнім ротором та двигуни із зовнішнім ротором. Двигуни з внутрішнім ротором, як правило, мають вищі швидкості та менший момент інерції ротора, ніж моделі із зовнішнім ротором. Завдяки цьому двигуни з внутрішнім ротором мають більш високу динаміку. Двигуни із зовнішнім ротором часто мають дещо більший номінальний момент при тому самому зовнішньому діаметрі двигуна.

Відмінності від інших типів двигунів

Відмінності від колекторних ДПТ. Розміщення обмотки на роторі дозволило відмовитися від щіток і колектора і тим самим позбутися рухомого електричного контакту, який значно знижує надійність ДПТ з постійними магнітами. З цієї ж причини швидкість у безколекторних двигунів, як правило, значно вища, ніж у ДПТ із постійними магнітами. З одного боку це дозволяє збільшити питому потужність безколекторного двигуна, з іншого боку не для всіх застосувань така висока швидкість є дійсно необхідною

Відмінності від синхронних двигунів із постійними магнітами. Синхронні двигуни з постійними магнітами на роторі дуже схожі на безколекторні ДПТ за конструкцією, проте є ряд відмінностей. По-перше термін синхронний двигун поєднує в собі багато різних видів двигунів, частина з яких призначені для безпосередньої роботи від стандартної мережі змінного струму, інша частина (наприклад, синхронні серводвигуни) може працювати тільки від перетворювачів частоти (контролерів двигунів). Безколекторні двигуни, хоч і мають на статорі трифазну обмотку, не допускають безпосередню роботу від напруги, і обов'язково вимагають наявності відповідного контролера. Крім того, синхронні двигуни припускають живлення напругою синусоїдальної форми в той час як безколекторні двигуни допускають живлення змінною напругою ступінчастої форми (блочна комутація) і навіть припускають його використання в номінальних режимах роботи.

Коли потрібний безколекторний двигун?

Відповідь на це питання досить проста – у тих випадках, коли вона має перевагу перед іншими типами двигунів. Так, наприклад, практично неможливо обійтися без безколекторного двигуна у застосуваннях, де потрібні великі швидкості обертання: понад 10000 об/хв. Виправдано застосування безколекторних двигунів також у тих випадках, коли потрібен високий термін служби двигуна. У тих випадках, коли потрібно застосовувати збірку з двигуна з редуктором, однозначно виправдано застосування низькошвидкісних безколекторних двигунів (з великим числом полюсів). Високошвидкісні безколекторні двигуни в цьому випадку матимуть швидкість вищу, ніж гранично допустима швидкість редуктора, і з цієї причини не буде можливості використовувати їхню потужність повністю. Для застосування, де потрібне максимально просте керування двигуном (без використання контролера двигуна) природним вибором буде колекторний ДПТ.

З іншого боку, за умов підвищеної температури чи підвищеної радіації проявляється слабке місце безколекторних двигунів – датчики Холла. Стандартні моделі датчиків Холла мають обмежену стійкість до радіації та діапазон робочих температур. Якщо в подібному застосуванні все ж таки є необхідність використовувати безколекторний двигун, то неминучими стають замовлення виконання із заміною датчиків Холла на більш стійкі до зазначених факторів, що збільшує ціну двигуна та терміни постачання.

Останнім часом дедалі ширшу популярність набувають безщіткові двигуни постійного струму. Вони активно використовуються у приладобудуванні, промисловій медичній та побутовій автоматиці, а також у контрольно-вимірювальній апаратурі. Цей тип двигунів працює без щіток, вся комутація здійснюється за допомогою електронних пристроїв.

Переваги безщіткових двигунів

Безщіткові двигуни мають ряд переваг, які і визначили сфери їх застосування. Вони мають кращу швидкодію. Їх крутний момент набагато вищий, порівняно зі звичайними двигунами. Безщіткові конструкції відрізняються вищими динамічними характеристиками та коефіцієнтом корисної дії.

Серед інших переваг слід відзначити безшумну роботу, збільшений термін експлуатації та більш високу частоту обертання. Співвідношення розмірів двигуна і моменту, що обертає, вище, ніж у інших типів. Це особливо важливо для тих областей, де габарити та вага є критичними факторами.

Принцип роботи безщіткового двигуна

Принцип дії заснований на магнітних полях, що виробляються статором і ротором, частота обертання яких однакова. Тут відсутнє так зване ковзання, характерне асинхронних двигунів. Конфігурація безщіткових двигунів буває однофазною, двофазною або трифазною. Від цього залежить кількість обмоток у статорі. Найбільшого поширення у всіх областях набули трифазні двигуни.

Пристрій безщіткового двигуна

Як приклад, слід розглянути найбільш популярний трифазний безщітковий двигун. Він має статор, набраний із шаруватої сталі, в пазах якого розміщується обмотка. У більшості двигунів цього є три обмотки, з'єднані в зірку.

Ротор є постійним магнітом з полюсами в кількості від 2-х до 8-ми пар. При цьому Південний і Північний полюси чергуються між собою. Ротор виготовлений із спеціального магнітного матеріалу, що забезпечує необхідну щільність магнітного поля. Як правило, це феритові магніти, з яких виготовляються постійні магніти.

На відміну від звичайних електродвигунів, безщіткові двигуни постійного струму комутуються за допомогою електроніки. Це з необхідністю послідовної подачі напруги на обмотки статора. Одночасно необхідно знати, в якому положенні знаходиться ротор. Це положення визначається датчиками Холла, що подають високий або низький сигнал, залежно від того, який полюс проходить біля високочутливих елементів.

Генератор постійного струму без щіток

Двигуни використовуються у багатьох галузях техніки. Для того щоб відбувалося обертання ротора двигуна необхідна наявність магнітного поля, що обертається. У звичайних двигунах постійного струму це обертання здійснюється механічним способом за допомогою щіток, що ковзають колектором. При цьому виникає іскріння, а, крім того, через тертя та знос щіток для таких двигунів необхідне постійне технічне обслуговування.

Завдяки розвитку техніки стало можливим генерувати магнітне поле, що обертається, електронним способом, що було втілено в безколекторних двигунах постійного струму (БДПТ).

Пристрій та принцип дії

Основними елементами БДПТ є:

• ротор, на якому укріплені постійні магніти;
• статор, На якому встановлені обмотки;
• електронний контролер.

За конструкцією такий двигун може бути двох типів:

з внутрішнім розташуванням ротора (inrunner)

із зовнішнім розташуванням ротора (outrunner)

У першому випадку ротор обертається всередині статора, а в другому – ротор обертається довкола статора.

Двигун типу inrunnerвикористовується у тому випадку, коли необхідно отримати великі оберти обертання. Цей двигун має простішу стандартну конструкцію, яка дозволяє використовувати нерухомий статор для кріплення двигуна.

Двигун типу outrunnerпідходить для отримання великого моменту за низьких оборотів. У цьому випадку кріплення двигуна провадиться з використанням нерухомої осі.

Двигун типу inrunner— великі оберти, низький момент, що крутить. Двигун типу outrunner— маленькі оберти, високий момент, що крутить.

Число полюсів у БДПТ може бути різним. За кількістю полюсів можна судити про деякі характеристики двигуна. Наприклад, двигун з ротором, що має 2 полюси, має більше оборотів і малий момент. Двигуни зі збільшеною кількістю полюсів мають більший момент, але менше оборотів. Зміною числа полюсів ротора можна змінювати кількість обертів двигуна. Таким чином, змінюючи конструкцію двигуна, виробник може підібрати необхідні параметри двигуна по моменту та числу оборотів.

Управління БДПТ

Регулятор обертів, зовнішній вигляд

Для керування безколекторним двигуном використовується спеціальний контролер - регулятор швидкості обертання валу двигунапостійного струму. Його завданням є генерація та подача у потрібний момент на потрібну обмотку необхідної напруги. У контролері для приладів з живленням від мережі 220 В найчастіше використовується інверторна схема, в якій відбувається перетворення струму з частотою 50 Гц спочатку постійний струм, а потім сигнали з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Для подачі напруги живлення на обмотки статора використовуються потужні електронні ключі на біполярних транзисторах або інших силових елементах.

Регулювання потужності та числа оборотів двигуна здійснюється зміною шпаруватості імпульсів, а, отже, і чинним значенням напруги, що подається на обмотки статора двигуна.

Принципова схема регулятора обертів. К1-К6 - ключі D1-D3 - датчики положення ротора (датчики Холла)

Важливим питанням є своєчасне підключення електронних ключів до кожної обмотки. Для забезпечення цього контролер повинен визначати положення ротора та його швидкість. Для отримання такої інформації можуть бути використані оптичні або магнітні датчики (наприклад, датчики Холла), і навіть зворотні магнітні поля.

Більш поширене використання датчиків Холла, які реагують на наявність магнітного поля. Датчики розміщуються на статорі таким чином, щоб на них діяло магнітне поле ротора. У деяких випадках датчики встановлюють у пристроях, що дозволяють змінювати положення датчиків і, відповідно, регулювати кут випередження (timing).

Регулятори обертів ротора дуже чутливі до сили струму, що проходить через нього. Якщо ви підберете акумуляторну батарею з більшою силою струму, що видається, то регулятор згорить! Правильно підбирайте поєднання характеристик!

Гідності й недоліки

Порівняно зі звичайними двигунами БДПТ мають такі переваги:

• великий ккд;
• висока швидкодія;
• можливість зміни частоти обертання;
• відсутність іскристих щіток;
• малі шуми, Як у звуковому, так і високочастотному діапазонах;
• надійність;
• здатність протистояти навантаженням по моменту;
• відмінне співвідношення габаритів та потужності.

Безколекторний двигун відрізняється великим ккд. Він може сягати 93-95%.

Висока надійність механічної частини БД пояснюється тим, що в ньому використовуються шарикопідшипники та відсутні щітки. Розмагнічування постійних магнітів відбувається досить повільно, особливо якщо вони виконані з використанням рідкісноземельних елементів. При використанні в контролері захисту струму термін служби цього вузла досить високий. Фактично термін служби БДПТ може визначатися терміном служби шарикопідшипників.

Недоліками БДПТ є складність системи управління та висока вартість.

Застосування

Області застосування БДТП такі:

• створення моделей;
• медицина;
• автомобілебудування;
• нафтогазова промисловість;
• побутові прилади;
• військова техніка.

Використання БД для авіамоделейдає значну перевагу за потужністю та габаритами. Порівняння звичайного колекторного двигуна типу Speed-400 та БДТП того ж класу Astro Flight 020 показує, що двигун першого типу має ккд 40-60%. ККД другого двигуна в тих же умовах може досягати 95%. Таким чином, використання БД дозволяє збільшити майже вдвічі потужність силової частини моделі або час її польоту.

Завдяки малому шуму та відсутності нагрівання під час роботи БДПТ широко використовуються в медицині, особливо в стоматології.

У автомобілях такі двигуни використовуються в підйомники скла, електросклоочисники, омивачі фар та електрорегулятори підйому крісел.

Відсутність колектора та іскріння щітокдозволяє використовувати БД як елементи запірних пристроїв у нафтогазовій промисловості.

Як приклад використання БД у побутовій техніці можна відзначити пральну машину з прямим приводом барабана компанії LG. Ця компанія використовує БДТП типу Outrunner. На роторі двигуна є 12 магнітів, а на статорі – 36 котушок індуктивності, які намотані дротом діаметром 1 мм на сердечники з магнітопровідної сталі. Котушки з'єднані послідовно по 12 штук у фазі. Опір кожної фази дорівнює 12 Ом. Як датчик положення ротора використовується датчик Холла. Ротор двигуна кріпиться до бака пральної машини.

Повсюдно цей двигун використовується в жорстких дисках для комп'ютерів, що робить їх компактними, в CD і DVD приводах і системах охолодження мікро-електронотехнічних пристроїв і не тільки.

Поряд з БД малої та середньої потужності в промисловості з важкими умовами роботи, судновій та військовій промисловостях все більше використовуються великі БДПТ.

БД великої потужності розроблено для американських ВМС. Наприклад, компанія Powertec розробила БДТП потужністю 220 кВт зі швидкістю 2000 об/хв. Момент двигуна сягає 1080 Нм.

Крім зазначених областей, БД застосовуються у проектах верстатів, пресів, ліній для обробки пластмас, а також у вітроенергетиці та використанні енергії приливних хвиль.

Характеристики

Основні характеристики двигуна:

• номінальна потужність;
• максимальна потужність;
• максимальний струм;
• максимальна робоча напруга;
• максимальні обороти(або коефіцієнт Kv);
• опір обмоток;
• кут випередження;
• режим роботи;
• габаритно-масові характеристикидвигуна.

Основним показником двигуна є його номінальна потужність, тобто потужність, що виробляється двигуном протягом тривалого часу його роботи.

максимальна потужність- Це потужність, яку може віддати двигун протягом короткочасного відрізка часу, не руйнуючись. Наприклад, для вищезгаданого безколекторного двигуна Astro Flight 020 вона дорівнює 250 Вт.

Максимальний струм. Для Astro Flight 020 він дорівнює 25 А.

Максимальна робоча напруга– напруга, яка може витримати обмотки двигуна. Для Astro Flight 020 заданий діапазон робочої напруги від 6 до 12 Ст.

Максимальна кількість обертів двигуна. Іноді в паспорті вказується коефіцієнт Kv – кількість обертів двигуна однією вольт. Для Astro Flight 020 Kv = 2567 об/В. У цьому випадку максимальну кількість оборотів можна визначити множенням цього коефіцієнта на максимальну робочу напругу.

Зазвичай опір обмотокдля двигунів складає десяті або тисячні частки Ома. Для Astro Flight 020 R = 0,07 Ом. Цей опір впливає на ККД БДПТ.

Кут випередженняє випередження перемикання напруг на обмотках. Воно пов'язані з індуктивним характером опору обмоток.

Режим роботи може бути тривалим чи короткочасним. При довготривалому режимі двигун може працювати тривалий час. При цьому тепло, що виділяється ним, повністю розсіюється і він не перегрівається. У такому режимі працюють двигуни, наприклад, у вентиляторах, конвеєрах чи ескалаторах. Короткочасний режим використовується для таких пристроїв, як ліфт, електробритва. У цих випадках двигун працює короткий час, а потім довгий час остигає.

У паспорті на двигун наводяться його розміри та маса. Крім того, наприклад, для двигунів, призначених для авіамоделей, наводяться посадкові розміри та діаметр валу. Зокрема, для двигуна Astro Flight 020 наведено такі характеристики:

• довжина дорівнює 1,75”;
• діаметр дорівнює 0,98”;
• діаметр валу дорівнює 1/8”;
• вага дорівнює 2,5 унції.

Висновки:

1. У моделюванні, в різних технічних виробах, в промисловості та в оборонній техніці використовуються БДПТ, в яких магнітне поле, що обертається, формується електронною схемою.
2. За своєю конструкцією БДПТ можуть бути з внутрішнім (inrunner) та зовнішнім (outrunner) розташуванням ротора.
3. Порівняно з іншими двигунами БДПТ мають ряд переваг, основними з яких є відсутність щіток та іскріння, великий ккд та висока надійність.

Це різновид електродвигуна змінного струму, у якого колекторно-щітковий вузол замінений безконтактним напівпровідниковим комутатором, керованим датчиком положення ротора. Іноді можна зустріти таку абревіатуру: BLDС – це brushless DC motor. Для простоти називатиму його двигун-безколекторник або просто БК.

Безколекторні двигуни досить популярні через свою специфіку: відсутні витратні матеріали типу щіток, відсутній вугільний/металевий пил усередині від тертя, відсутні іскри (а це величезний напрямок вибухо та вогнебезпечних приводів/насосів). Використовуються, починаючи від вентиляторів і насосів, закінчуючи високоточними приводами.
Основне застосування в моделізмі та аматорських конструкціях: двигуни для радіокерованих моделей.

Загальний зміст цих двигунів - три фази і три обмотки (або кілька обмоток з'єднаних у три групи) управління якими здійснюється сигналом у вигляді синусоїди або наближеної синусоїди за кожною фазою, але з деяким зрушенням. На малюнку найпростіша ілюстрація роботи трифазного двигуна.

Відповідно, одним із специфічних моментів управління БК двигунами є застосування спеціального контролера-драйвера, який дозволяє регулювати імпульси струму та напруги по кожній фазі на обмотках двигуна, що в результаті дає стабільну роботу в широкому діапазоні напруг. Це звані ESC контролери.

БК мотори для р/в техніки бувають різних типорозмірів та виконання. Одні з найпотужніших це серії 22 мм, 36 мм та 40/42 мм. За конструкцією вони бувають із зовнішнім ротором та внутрішнім (Outrunner, Inrunner). Мотори із зовнішнім ротором за фактом не мають статичного корпусу (сорочки) та є полегшеними. Як правило, використовують в авіамоделях, квадракоптерах і т.п.
Двигуни із зовнішнім статором простіше зробити герметичними. Подібні застосовують для р/в моделей, які піддаються зовнішнім впливам тип бруду, пилу, вологи: баггі, монстри, краулери, водні р/в моделі).
Наприклад, двигун типу 3660 можна легко встановити в р/в модель автомобіля типу баггі або монстра і отримати масу задоволення.

Також відзначу різне компонування самого статора: двигуни 3660 мають 12 котушок, з'єднаних у три групи.
Це дозволяє отримати найвищий момент на валу. Виглядає це приблизно так.


З'єднані котушки приблизно отак


Якщо розібрати двигун і витягти ротор, можна побачити котушки статора.
Ось що всередині 3660 серії


ще фото

Аматорське застосування подібних двигунів з високим моментом - в саморобних конструкціях, де потрібен малогабаритний потужний спритний двигун. Це можуть бути вентилятори турбінного типу, шпинделі аматорських верстатів тощо.

Так ось, з метою встановлення в аматорський верстат для свердління та гравіювання було взято набір безколекторного двигуна разом з ESC контролером
GoolRC 3660 3800KV Brushless Motor with ESC 60A Metal Gear Servo 9.0kg Set


Плюсом у наборі був сервопривід на 9 кг, що дуже зручно для саморобок.

Загальні вимоги при виборі двигуна були такі:
- Кількість оборотів/вольт не менше 2000, оскільки планувалося використання з низьковольтними джерелами (7.4...12В).
- Діаметр валу 5мм. Розглядав варіанти з валом 3.175 мм (це серія 24 діаметра БК двигунів, наприклад, 2435), але тоді довелося б докуповувати новий патрон ER11. Є варіанти ще потужніші, наприклад, двигуни 4275 або 4076, з валом 5 мм, але вони відповідно дорожчі.

Характеристики безколекторного двигуна GoolRC 3660:
Модель: GoolRC 3660
Потужність: 1200W
Робоча напруга: до 13V
Граничний струм: 92A
Обороти на вольт (RPM/Volt): 3800KV
Максимальні обороти: до 50000
Діаметр корпусу: 36 мм
Довжина корпусу: 60 мм
Довжина валу: 17mm
Діаметр валу: 5mm
Розмір настановних гвинтів: 6 шт * M3 (короткі, я використовував М3*6)
Конектори: 4mm позолочені банани male
Захист: від пилу та вологи

Характеристики ESC контролера:
Модель: GoolRC ESC 60A
Тривалий струм: 60A
Піковий струм: 320A
Акумуляторні батареї: 2-3S Li-Po / 4-9S Ni-Mh Ni-Cd
BEC: 5.8V/3A
Конектори (Вхід): T plug male
Конектори (вихід.): 4mm позолочені «банани» female
Розміри: 50 х 35 х 34mm (без урахування довжини кабелів)
Захист: від пилу та вологи

Характеристики сервомашини:
Робоча напруга: 6.0V-7.2V
Швидкість повороту (6.0V): 0.16sec/60° без навантаження
Швидкість повороту (7.2V): 0.14sec/60° без навантаження
Момент утримання (6.0V): 9.0kg.cm
Момент утримання (7.2V): 10.0kg.cm
Розміри: 55 х 20 х 38mm (Д*Ш*В)

Параметри комплекту:
Розмір упаковки: 10.5 х 8 х 6 см
Маса упаковки: 390 гр
Фірмова упаковка з логотипом GoolRC

Склад комплекту:
1* GoolRC 3660 3800KV Motor
1* GoolRC 60A ESC
1* GoolRC 9KG Servo
1 * Інформаційний листок


Розміри для довідки та зовнішній вигляд двигуна GoolRC 3660 із зазначенням основних моментів

Тепер кілька слів про саму посилку.
Посилка прийшла у вигляді невеликого поштового пакета з коробкою всередині


Доставлялася альтернативною поштовою службою, не поштою Росії, про що і говорить транспортна накладна


У посилці фірмова коробочка GoolRC


Усередині комплект безколекторного двигуна типорозміру 3660 (36х60 мм), ESC-контролера для нього та сервомашинки з комплектом


Тепер розглянемо весь комплект з окремих складових. Почнемо з найголовнішого – з двигуна.

БК двигун GoolRC є циліндром з алюмінію, розміри 36 на 60 мм. З одного боку виходять три товсті дроти у силіконовому обплетенні з «бананами», з іншого боку вал 5 мм. Ротор із двох сторін встановлений на підшипниках кочення. На корпусі є маркування моделі


Ще фотографія. Зовнішня сорочка нерухома, тобто. тип двигуна Inrunner.


Маркування на корпусі


З заднього торця видно підшипник


Заявлено захист від бризок та вологи
Виходять три товсті, короткі дроти для підключення фаз: u v w. Якщо будете шукати клеми для підключення – це банани 4 мм.


Провід має термоусадку різного кольору: жовтий, помаранчевий та синій.


Розміри мотора: діаметр і довжина валу збігаються із заявленими: Вал 5х17 мм




Габарити корпусу двигуна 36х60 мм




Порівняння з колекторним 775 двигуном


Порівняння з б/к шпинделем на 300Вт (і ціною близько $100). Нагадую, що у GoolRC 3660 заявлена ​​пікова потужність 1200Вт. Навіть якщо використовувати третину потужності, все одно це дешевше та більше, ніж у цього шпинделя


Порівняння з іншими модельними двигунами


Для коректної роботи двигуна буде потрібний спеціальний ESC контролер (який є в комплекті)

ESC контролер - це плата драйвера двигуна з перетворювачем сигналу та потужними ключами. На простих моделях замість корпусу використовується термоусадка, на потужних - корпус з радіатором та активним охолодженням.


На фото контролер GoolRC ESC 60A в порівнянні з молодшим братом ESC 20A


Зверніть увагу: присутній тумблер вимкнення-вимкнення на відрізку дроту, який можна вбудувати в корпус пристрою/іграшки


Є повний комплект роз'ємів: вхідні Т-конектори, 4 мм банани-гнізда, 3-піновий вхід керуючого сигналу


Силові банани 4 мм - гнізда, маркуються аналогічно за кольорами: жовтий, оранжевий та синій. При підключенні переплутати можна лише навмисне


Вхідні Т-конектори. Аналогічно переплутати полярність можна, якщо ви дуже сильний)))))


На корпусі є маркування з назвою та характеристиками, що дуже зручно


Охолодження активне, працює та регулюється автоматично.

Для оцінки розмірів доклав PCB ruller

У наборі також є сервомашинка GoolRC на 9 кг.


Плюс як і для будь-якої іншої сервомашини в комплекті йде набір важелів (подвійний, хрест, зірка, колесо) і фурнітура кріплення (сподобалося, що є проставки з латуні)


Макрофото валу сервомашинки


Пробуємо закріпити хрестоподібний важіль для фотографії


Насправді цікаво перевірити заявлені зарактеристики – це металевий комплект шестерень усередині. Розбираємо сервомашину. Корпус сидить на герметиці по колу, а всередині присутня рясна мастило. Шестерні і справді металеві.


Фото плати управління сервою

Для чого все це починалося: для того, щоб спробувати БК двигун як свердлилку/гравіровку. Все-таки заявлена ​​пікова потужність 1200Вт.
Я вибрав проект свердлильного верстата для підготовки друкованих плат. Там є величезна кількість проектів для виготовлення світильного настільного верстата. Як правило, всі ці проекти малогабаритні та призначені для встановлення невеликого двигуна постійного струму.


Я вибрав один з та допрацював кріплення у частині власників двигуна 3660 (рідний двигун був менший та мав інші розміри кріплень)

Наводжу креслення посадкових місць та габаритів двигуна 3660


В оригіналі стоїть слабший двигун. Ось ескіз кріплення (6 отворів для М3х6)


Скрин із програми для друку на принтері


Заодно надрукував і хомут для кріплення зверху


Мотор 3660 із встановленим цанговим патроном типу ER11




Для підключення та перевірки БК двигуна потрібно зібрати наступну схему: джерело живлення, сервотестер або плата керування, ESC-контролер двигуна, двигун.
Я використовую найпростіший сервотестер, він також надає потрібний сигнал. Його можна використовувати для включення та регулювання оборотів двигуна


За бажання можна підключити мікроконтролер (Ардуїно тощо). Наводжу схему з інтернету із підключенням аутраннера та 30А контролера. Скетчі знайти не проблема.


З'єднуємо все, за кольорами.


Джерело показує, що холостий струм контролера невеликий (0.26А)


Тепер свердлильний верстат.
Збираємо все і кріпимо на стійку




Для перевірки збираю без корпусу, потім додрукую корпус, куди можна встановити штатний вимикач, крутилку сервотестера


Ще одне застосування подібного 3660 БК двигуна - як шпиндель верстатів для свердління та фрезерування друкованих плат






Про сам верстат огляд дороблю трохи пізніше. Цікаво перевірити гравіювання друкованих плат за допомогою GoolRC 3660

Висновок

Двигун якісний, потужний момент, що крутить, із запасом підійде під аматорські цілі.
Саме живучість підшипників при бічному зусиллі при фрезеруванні / гравіювання покаже час.
Визначено вигода застосування модельних двигунів у аматорських цілях, а також простота роботи та складання конструкцій на них порівняно зі шпинделями для ЧПУ, які дорожчі та потребують спеціального обладнання (джерела живлення з регулюванням оборотів, драйвери, охолодження тощо).

При замовленні користувався купоном SALE15із знижкою 5% на всі товари магазину.

Дякую за увагу!

Планую купити +61 Додати в обране Огляд сподобався +92 +156

Побутова та медична техніка, авіамоделювання, трубозапірні приводи газо- та нафтопроводів – це не повний перелік областей застосування безколекторних двигунів (БД) постійного струму. Давайте розглянемо пристрій і принцип дії цих електромеханічних приводів, щоб краще зрозуміти їх переваги та недоліки.

Загальні відомості, будова, сфера застосування

Одна з причин вияву інтересу до БД - це зросла потреба у високооборотних мікродвигуна, що мають точне позиціонування. Внутрішнє влаштування таких приводів продемонстровано на малюнку 2.

Мал. 2. Пристрій безколекторного двигуна

Як бачите, конструкція є ротор (якір) і статор, на першому є постійний магніт (або кілька магнітів, розташованих в певному порядку), а другий обладнаний котушками (В) для створення магнітного поля.

Примітно, що ці електромагнітні механізми можуть бути як із внутрішнім якорем (саме такий тип конструкції можна побачити на малюнку 2), так і зовнішнім (див. рис. 3).

Мал. 3. Конструкція із зовнішнім якорем (outrunner)

Відповідно кожна з конструкцій має певну сферу застосування. Пристрої з внутрішнім якорем мають високу швидкість обертання, тому використовуються в системах охолодження, як силові установки дронів і т.д. Приводи із зовнішнім ротором використовуються там, де потрібне точне позиціонування та стійкість до перевантажень по моменту (робототехніка, медичне обладнання, верстати ЧПУ тощо).

Принцип роботи

На відміну від інших приводів, наприклад, асинхронної машини змінного струму, для БД необхідний спеціальний контролер, який включає обмотки таким чином, щоб вектори магнітних полів якоря і статора були ортогональні один до одного. Тобто, по суті, пристрій-драйвер регулює крутний момент, що діє на якір БД. Наочно цей процес продемонстровано малюнку 4.

Як бачимо, кожного переміщення якоря необхідно виконувати певну комутацію в обмотці статора двигуна безколекторного типу. Такий принцип роботи не дозволяє плавно керувати обертанням, але дає можливість швидко набрати обертів.

Відмінності колекторного та безколекторного двигуна

Привід колекторного типу відрізняється від БД як конструктивними особливостями (див. рис 5), так і принципом роботи.

Мал. 5. А – колекторний двигун, В – безколекторний

Розглянемо конструктивні відмінності. З малюнка 5 видно, що ротор (1 на рис. 5) двигуна колекторного типу, на відміну від безколекторного, має котушки, у яких проста схема намотування, а постійні магніти (зазвичай два) встановлені на статорі (2 на рис. 5). ). Крім цього, на валу встановлений колектор, до якого підключаються щітки, що подають напругу на обмотки якоря.

Коротко розповімо про принцип роботи колекторних машин. Коли на одну з котушок подається напруга, відбувається її збудження і утворюється магнітне поле. Воно вступає у взаємодію Космосу з постійними магнітами, це змушує прокручуватися якір і розміщений на ньому колектор. Через війну харчування подається іншу обмотку і цикл повторюється.

Частота обертання якоря такої конструкції безпосередньо залежить від інтенсивності магнітного поля, яке, у свою чергу, прямо пропорційне напрузі. Тобто щоб збільшити або зменшити обороти, достатньо підвищити або знизити рівень харчування. А для реверсу потрібно переключити полярність. Такий спосіб управління не вимагає спеціального контролера, оскільки регулятор ходу можна зробити на базі змінного резистора, а звичайний перемикач працюватиме як інвертор.

Конструктивні особливості двигунів безколекторного типу ми розглядали у попередньому розділі. Як ви пам'ятаєте, їхнє підключення вимагає наявності спеціального контролера, без якого вони просто не працюватимуть. З цієї причини ці двигуни що неспроможні використовуватися як генератор.

Варто також відзначити, що в деяких приводах даного типу для більш ефективного керування відстежуються положення ротора за допомогою датчиків Холла. Це значно покращує властивості безколекторних двигунів, але призводить до подорожчання і так дорогої конструкції.

Як запустити безколекторний двигун?

Щоб змусити працювати приводи даного типу, знадобиться спеціальний контролер (див. рис. 6). Без нього запуск неможливий.

Мал. 6. Контролери безколекторних двигунів для моделізму

Збирати самому такий пристрій немає сенсу, дешевше і надійніше придбати готовий. Підібрати його можна за такими характеристиками, властивими драйверам каналів:

• Максимально допустима сила струму ця характеристика наводиться для штатного режиму роботи пристрою. Досить часто виробники вказують такий параметр у назві моделі (наприклад, Phoenix-18). У деяких випадках наводиться значення пікового режиму, який контролер може підтримувати кілька секунд.
• Максимальний розмір штатної напруги для тривалої роботи.
• Опір внутрішніх ланцюгів контролера.
• Допустиме число оборотів, вказується в rpm. Понад це значення контролер не дозволить збільшити обертання (обмеження реалізовано на програмному рівні). Слід звернути увагу на те, що частота обертання завжди приводиться для двополюсних приводів. Якщо пар полюсів більше, слід розділити значення їх кількість. Наприклад, вказано число 60000 rpm, отже, для 6 магнітного двигуна частота обертання складе 60000/3=20000 prm.
• Частота генерованих імпульсів, більшість контролерів цей параметр лежить у межах від 7 до 8 кГц, більш дорогі моделі дозволяють перепрограмувати параметр, збільшивши його до 16 або 32 кГц.

Звернімо увагу, що три характеристики визначають потужність БД.

Управління безколекторним двигуном

Як зазначалося вище, управління комутацією обмоток приводу здійснюється електронікою. Щоб визначити, коли перемикатися, драйвер відстежує положення якоря за допомогою датчиків Холла. Якщо привід не забезпечений такими детекторами, то до уваги береться зворотна ЕРС, яка виникає в непідключених котушках статора. Контролер, який, по суті, є апаратно-програмним комплексом, відстежує ці зміни та задає порядок комутації.

Трифазний безколекторний електродвигун постійного струму

Більшість БД виконуються у трифазному виконанні. Для управління таким приводом в контролері є перетворювач постійної напруги трифазне імпульсне (див. рис.7).

Рисунок 7. Діаграми напруг БД

Щоб пояснити, як працює такий вентильний двигун, слід разом з малюнком 7 розглядати рисунок 4 де почергово зображені всі етапи роботи приводу. Розпишемо їх:

1. На котушки "А" подається позитивний імпульс, тоді як на "В" - негативний, в результаті якір зрушить. Датчиками зафіксується його рух і подасть сигнал для наступної комутації.
2. Котушки "А" відключається, і позитивний імпульс йде на "С" ("В" залишається без зміни), далі подається сигнал на наступний набір імпульсів.
3. На "С" - позитивний, "А" - негативний.
4. Працює пара «В» та «А», на які надходять позитивний та негативний імпульси.
5. Позитивний імпульс повторно подається на "В", і негативний на "С".
6. Включаються котушки "А" (подається +) і повторюється негативний імпульс на "С". Далі цикл повторюється.

У простоті управління, що здається, є маса складнощів. Потрібно не тільки відстежувати положення якоря, щоб зробити наступну серію імпульсів, а й керувати частотою обертання, регулюючи струм у котушках. Крім цього, слід вибрати найбільш оптимальні параметри для розгону і гальмування. Варто також не забувати, що контролер повинен бути оснащений блоком, що дозволяє керувати його роботою. Зовнішній вигляд такого багатофункціонального пристрою можна побачити малюнку 8.

Мал. 8. Багатофункціональний контролер керування безколекторним двигуном

Переваги і недоліки

Електричний безколекторний двигун має багато переваг, а саме:

• Термін служби значно довше, ніж у звичайних колекторних аналогів.
• Високий ККД.
• Швидкий набір максимальної швидкості обертання.
• Він потужніший, ніж КД.
• Відсутність іскор при роботі дозволяє використовувати привід у пожежонебезпечних умовах.
• Не потрібне додаткове охолодження.
• Проста експлуатація.

Тепер розглянемо мінуси. Істотний недолік, який обмежує використання БД – їхня відносно висока вартість (з урахуванням ціни драйвера). До незручностей слід віднести неможливість використання БД без драйвера, навіть для короткострокового включення, наприклад, щоб перевірити працездатність. Проблемний ремонт, особливо якщо потрібно перемотування.