DC elektriske motorer er noen av de viktigste oppfinnelsene den moderne verden har vært sterkt avhengig av. Disse motorene brukes i husholdningsapparater, elektroverktøy, droner, PC-kjølesystemer, robotikk og elektriske kjøretøy.
To av de vanligste DC-elektriske motorene i bruk i dag er børstede og børsteløse DC-motorer. Begge motorene har den samme grunnleggende ideen om å bruke elektromagnetisme for å gi mekaniske rotasjoner. Men med forskjellige designkonsepter vil børstede og børsteløse motorer garantert ha forskjeller i ytelse, kostnader og vedlikehold.
Så hvilken motordesign er bedre – børstet eller børsteløs?
Hvordan fungerer en DC elektrisk motor?
Elektriske motorer konverterer elektrisitet til mekanisk energi. De gjør dette ved å la elektrisitet passere gjennom kobberviklinger og skape et elektromagnetisk felt som eksiterer de permanente magnetene inne i motoren, og får rotoren til å bevege seg og produsere mekanisk energi.
Selv om både børstede og børsteløse motorer har samme mål om å konvertere elektrisitet til mekanisk energi, er designene deres forskjellige. For å forstå forskjellen deres, la oss snakke om motordesign, og starter med den børstede motoren.
Børstet motordesign
Børstede motorer har vært i produksjon i over et århundre nå. De er kjent for å ha en forenklet design som bruker et par karbonbørster for å levere kraft til motoren. Børstede motorer vil alltid ha fire hoveddeler, disse er:
- Stator: Den stasjonære delen av motoren. Den inneholder permanentmagnetene som får rotoren til å bevege seg.
- Rotor: Den roterende delen av motoren. Den inneholder en kobberspole som, når den drives, gjør kobberspolen elektromagnetisk.
- Kommutator: En metallring som sikrer at rotoren fortsetter å snurre ved å reversere polariteten for hver halve omdreining av rotoren.
- Børster: En stasjonær del laget av karbon direkte koblet til terminalene på strømkilden. De overfører strøm til kommutatorringen, som deretter aktiverer rotoren.
En børstet motor bruker børster for å drive motoren elektrisk samtidig som den lar både rotor og kommutator rotere. Rotoren er sammensatt av kobberviklinger som, når de drives, i utgangspunktet blir en elektromagnet.
Så hva skjer hvis to magneter kommer tett sammen?
Vel, avhengig av justeringen av de magnetiske polene, vil de enten tiltrekke seg eller frastøte hverandre. Målet med en børstet motor er å bruke tiltrekning og frastøting for å rotere motoren. Det er her en kommutator blir nyttig.
En kommutator er en metallring i midten av rotoren som bytter den magnetiske polen til rotoren hver 180 grader. Dette sikrer effektivt at rotorens magnetiske pol alltid er på linje med den samme magnetiske polen til statoren, noe som forårsaker frastøting.
Resultatet? Kontinuerlige mekaniske rotasjoner har nok kraft for å drive blenderen (eller noe som bruker en børstet motor).
Børsteløs motordesign
Børsteløse motorer begynte å få popularitet på 1980-tallet da transistorer ble mer vanlig i elektronikk. Har lett tilgjengelig solid-state komponenter spilt en stor rolle i å gjøre børsteløse motorer anvendelige for elektroverktøy, husholdningsapparater og elektronikk. Deres komplekse, men effektive design gir børsteløse motorer mer dreiemoment enn deres børstede motstykker.
Børsteløs motordesign bruker flere viktige deler. De vil inkludere:
- Stator: Den stasjonære delen av motoren. Den inneholder flere kobberspoler som, når de drives, blir en aktiv magnet.
- Rotor: Den roterende delen av motoren. Denne inneholder de permanente magnetene som blir rotert på grunn av det elektromagnetiske feltet mellom statoren og rotoren.
- Halleffektsensor: En sensor som oppdager hvilke spoler som er aktivert og hvilke spoler som ikke er det.
- Kontrollkrets: En elektronisk krets designet for å bestemme hvilke spoler inne i statoren som skal aktiveres.
Som navnet tilsier, bruker ikke børsteløse motorer børster for å drive motoren. Børsteløse motorer har heller ikke strømførende kommutatorer. I stedet bruker den en halleffektsensor og en kontrollkrets for å sikre at de motsatte magnetiske polene til statoren og rotoren alltid er på linje. En annen ting du vil finne annerledes er at statoren huser kobberviklingene mens rotoren huser permanentmagnetene.
En børsteløs motor fungerer fundamentalt på samme måte som en børstet motor: ved å bruke forskjeller i magnetiske poler for å bevege rotoren, skape rotasjon og dreiemoment.
Men uten børster og kommutatorer, hvordan kan kobberviklingene få strøm?
Enkelt, du gjør kobberviklingene stasjonære. Børster er ikke lenger nødvendig med stasjonære kobberviklinger, da du kan drive spolene direkte gjennom ledninger.
Når det gjelder kommutatorene, bruker en børsteløs motor en halleffektsensor og en kontrollkrets. En hallsensor er en flat sirkulær sensor plassert ved siden av kobberviklingene til statoren. Siden statoren huser flere spoler, kan hallsensoren oppdage om en av disse spolene er strømførende eller ikke.
Laget med Sketchup
Sensoren gir deretter sin avlesning til kontrollkretsen og bestemmer hvilke spoler som skal aktiveres. Så hvis rotorens permanente magneter kommer nær de tiltrekkende magnetiske polene, vil kontrollkretsen slutte å energisere disse spolene og aktivere den neste spolen som tiltrekker rotorens permanente magneter. Styrekretsen vil også aktivere spolene før permanentmagnetene, forårsake frastøting og legge til enda mer dreiemoment til rotasjonen.
Fordeler og ulemper med børstede og børsteløse motorer
Med forskjellene i motordesign vil både børstede og børsteløse motorer ha fordeler og ulemper. Her er en tabell som hjelper deg å forstå deres styrker og svakheter:
| Børstet motor | Børsteløs motor | |
|---|---|---|
| Levetid | Kort | Lang |
| Akselerasjon | Medium | Høy |
| Effektivitet | Medium | Høy |
| Dreiemoment | Medium | Høy |
| Akustikk | Støyende | Stille |
| Koste | Rimelig | Dyrt (med kontrollkrets) |
Bør du kjøpe maskinvare med en børstet eller børsteløs motor?
Som du kan se i tabellen, er børsteløse motorer bedre på alle måter (unntatt i pris) enn deres børstede motstykke. De gir høyere dreiemoment, raskere hastighetsakselerasjon, lavere støy og høyere effektivitet, og er mer holdbare.
Så når du får sjansen til å kjøpe et nytt elektroverktøy, kjøkkenapparat, drone eller noe annet som trenger en motor, er det vanligvis det beste alternativet å velge varer med en børsteløs motor.
Så bør børstede motorer være utdaterte?
Vel nei. Spesielt fordi en børsteløs motor (pluss kontrollkrets) vil koste betydelig mer enn en vare som bruker en børstet motor. Og selv om en børsteløs motor er bedre enn den børstede motparten, betyr det ikke at en børstet motor er dårlig. Faktisk er en børstet motor mye bra. Du kan oppnå de samme oppgavene med en børstet motor som folk ville gjort med en børsteløs.
Generelt er børsteløse motorer de ideelle motorene i verktøyene og utstyret ditt. Men det er også situasjoner der du kanskje vil bruke børstede motorer i stedet. Disse situasjonene vil omfatte:
- Når motoren brukes i kortvarige korte støt (f.eks. blender, elektriske seter og vindusviskere)
- Når et verktøy/apparat blir nyttig bare noen få ganger i året
- Når oppgaven ikke krever mye dreiemoment (f.eks. leker, lufteventiler)
- Under ekstreme driftsforhold. Børstede motorer trenger ikke sensorer eller kontrollkretser som kan svikte under ekstreme værforhold
Gjør smarte kjøp
Nå som du forstår forskjellen mellom børstede og børsteløse motorer, gjør det forhåpentligvis det enklere for deg å gjøre et smart kjøp når du kjøper kjøkkenapparater, verktøy og utstyr. Dette bør også forklare hvorfor noen varer er dyrere enn sine motparter, selv om de kommer fra samme merke, har samme funksjoner og bruker samme formfaktor. Husk at bare fordi du kan kjøpe en førsteklasses gjenstand med en børsteløs motor, betyr det ikke alltid at det er smart å kjøpe.
