دسته‌بندی نشده

موتور های با جاروبک (معمولی یا ذغالی) و بدون جاروبک (براشلس)

یک موتور دریل برای تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی طراحی شده است. بازار مملو از موتورهای متنوعی است که می توانند کارهای مختلف و نیازهای مختلف  مرتبط با الکتریسیته را مدیریت کنند. دو نوع رایج از موتورها شامل موتورهای براشلس (بدون جاروبک) و نوع معمولی هستند. اگرچه آنها بر اساس اصول فیزیکی یکسانی ساخته شده اند، اما ساختار ، عملکرد و کنترل آنها تفاوت قابل توجهی دارد.

موتور بدون جاروبک ، که به طور فزاینده ای در بین کاربران DIY و حرفه ای محبوب است ، چیزی نیست که به تازگی وارد بازار شده باشد. برای درک اصل و ریشه آن ، مهم است که به اختراعات آقای ارنست ورنر فون زیمنس در سال ۱۸۵۶ بازگردیم. اگرچه  مسئله ای ابتدایی است اما ، اختراعات طی چندین دهه پیشرفت های زیادی را تجربه کرده اند که یکی از آنها رئوستات برای کنترل دقیق سرعت چرخش محور است.

حرکت موتور بدون جاروبک در اوایل دهه ۱۹۶۰ با ورود یک دیمر برقی که ظرفیت تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC) را داشت ، آغاز شد. در سال ۱۹۶۲ ، T. G. Wilson و P. H. Trickey مقاله ای را پیرامون موتور بدون جاروبک که با جریان مستقیم کار می کرد منتشر کردند. این واحدها به فناوری هایی مجهز بودند که از مغناطیس استفاده می کرد. نکته اصلی  موتور بدون جاروبک که آن را متمایز میکرد ، عدم وجود یک سوئیچ فیزیکی برای انتقال جریان بود.

با این حال ، تنها در دهه ۱۹۸۰ بود که موتور بدون جاروبک واقعاً شروع خوبی داشت. در دسترس بودن آهنرباهای دائمی همراه با ترانزیستورهای ولتاژ بالا به این نوع موتورها اجازه می دهد به اندازه موتورهای جاروبک دار معمولی قدرت تولید کنند. پیشرفت موتور بدون جاروبک در سه دهه گذشته بدون وقفه ادامه داشته است. این امر شیوه تولید سازه های سوراخکاری با ابزارهای حفاری کارآمد را دگرگون کرده است. و این به نوبه خود ، به مشتریان کمک میکند که از مزایای کلیدی مرتبط با تنوع محصول و کاهش نیازهای نگهداری بهره مند شوند.

موتور دریل چگونه کار می کند؟

تفاوت اصلی بین موتورهای مته بدون جاروبک یا جاروبک دار در این است که نوع جاروبک دار از کربن ساخته شده اند در حالی که واحدهای بدون جاروبک از آهنرباها برای تولید قدرت استفاده می کنند. به همین دلیل ، موتورهای بدون جاروبک بهتر سازگار هستند ، اصطکاک ایجاد نمی کنند ، گرمایش کمتری تولید می کنند و عملکرد بهتری را ارائه می دهند. علاوه بر این ، واحدهای بدون جاروبک ، هزینه تعمیر و نگهداری را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند ، که به گرد و غبار می رسد و نیازی به تعویض جاروبک های فرسوده ندارند.

در موتور بدون جاروبک ، جابجایی سیم پیچ ها مکانیکی نیست ، بلکه توسط دستگاهی که به عنوان کنترل کننده شناخته می شود ، به صورت الکترونیکی انجام می شود. این جریان DC را به یک جریان فرکانس متغیر سه فاز تبدیل می کند و انرژی سیم پیچ های موتور را پی در پی برای ایجاد میدان چرخشی تامین می کند. قابل درک است که با این اصل ، سیم پیچ ها در موتور ثابت شده و مانند موتورهای جاروبک دار نمی چرخند.

همه موتورهای بدون جاروبک طراحی نسبتاً مشابهی دارند. آنها دارای یک استاتور ثابت هستند که سیم پیچ ها و یک روتور متحرک را نگه می دارد که آهنرباهای دائمی روی آن چسبانده شده اند. سیم پیچ ها را می توان به روش های مختلف به شکل ستاره یا مثلث ساخت. اکثر  مدل های بدون جاروبک دارای روتور داخلی هستند که تا ۱۰۰۰۰۰ دور در دقیقه می چرخد.

 

جاروبک چیست؟

جاروبک برای عملکرد مناسب ابزارهای موتور های جاروبک دار ، مانند دریل ، پیکور ، سوهان ، دستگاه های شمشاد زن و دستگاه فرز ضروری است. جاروبک های کربنی با توجه به مارک و نوع ابزار انتخاب می شوند. آنها برای اطمینان از انتقال بهینه قدرت به روتور (قسمت دوار) روی قسمت ثابت موتور نصب می شوند. همچنین سوئیچینگ را بدون جرقه انجام می دهند.

این اجزا که به صورت جفت کار می کنند ، قطعاتی پوشیده اند و در معرض اصطکاک قرار دارند. جاروبک های کربنی در تماس دائمی با حلقه های لغزش هستند. این اجزای ساخته شده از گرافیت ، انواع مختلفی دارند. آنها می توانند مجهز به فنر ، اتصال دهنده (سیم با پلاگین) یا بدون نگهدارنده جاروبک باشند. جاروبک ها در اندازه ها و شکل های مختلف (عمدتا مربع ، مستطیل شکل) هستند و ممکن است شیارهایی برای بهبود هدایت داشته باشند.

سرعت مته به عنوان بخشی از گشتاور تعیین می شود که بستگی به قدرت میدان مغناطیسی دارد. جاروبک های کربنی فنر دار به فنری مجهز شده اند که دارای صفحه ای است تا از عبور بدون مقاومت برق اطمینان حاصل شود. در برخی موارد ، جاروبک ها بر روی نگهدارنده جاروبک نصب می شوند که دارای فنری است که برای افزایش فشار طراحی شده است.

از طرف دیگر ، از جاروبک های نوع breaker برای توقف عملکرد موتور و مته قبل از سایش کامل مواد گرافیت استفاده می شود. این به منظور حفظ عملکرد مطلوب وسیله است.

تولید کنندگان ابزارهای برقی قابل حمل ، از جمله مته ، معمولاً جاروبک هایی را می سازند که با ماشین های آنها سازگار است. ابعاد بر حسب میلی متر یا اینچ است که ضخامت ، عمق و عرض را نشان می دهد. با این حال ، این مشخصات ممکن است در هر تولید کننده ای متفاوت باشد.

معایب موتورهای جاروبک دار

اگرچه موتورهای جاروبک دار ارزان ، قابل اعتماد و دارای گشتاور یا نسبت اینرسی بالا هستند ، اما دارای معایبی نیز هستند. این اجزا به مرور زمان از بین می روند و باعث ایجاد  گرد و مواد اضافی می شوند. این نوع موتورها برای تمیز کردن یا تعویض جاروبک ها نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارند. آنها همچنین به دلیل محدودیت های روتور ، اینرسی زیاد روتور ، حداکثر  سرعت قابل تحمل پایین و تداخل الکترومغناطیسی (EMI) به دلیل قوس بر روی جاروبک ها ، اتلاف حرارت کمی دارند.

اصل عملکرد موتورهای بدون جاروبک همان موتورهای دارای جاروبک دار (کنترل سوئیچینگ با استفاده از بازخورد موقعیت داخلی محور) است اما طراحی کلی آنها متفاوت است. طراحی واحدهای بدون جاروبک مقاومت داخلی را کاهش می دهد و به دفع حرارت تولید شده در سیم پیچ های استاتور کمک می کند. بنابراین کارایی بهتری دارد زیرا گرمای سیم پیچ ها می تواند به لطف محفظه ی بسیار بزرگ موتور به طور موثرتری از بین برود.

بر خلاف موتور های جاروبک دار ، آهنربای دائمی روی واحد بدون جاروبک روی روتور نصب می شود. استاتور از فولاد نورد شیار دار است و شامل سیم پیچ است. از سوی دیگر ، واحدهای جاروبک دار به اجزای خارجی کمی نیاز دارند و یا هیچ قطعه ای ندارند بنابراین در شرایط محدود به خوبی کار می کنند.

موتور مته بدون جاروبک چیست؟

هنگامی که به دنبال درک معنای بدون جاروبک هستید ، توجه به طراحی اولیه این موتورها ضروری است. سیم پیچ های استاتور را می توان به طور ستاره (یا Y) یا دلتا مرتب کرد. نورد فولادی را می توان با شیار یا بدون شیار انجام داد. یک موتور مته بدون شیار دارای اندوکتانس کمتری است. بنابراین ، می تواند سریعتر کار کند و باعث ایجاد امواج کمتری در سرعتهای پایین شود. و معایب عمده آن هزینه بالاتر آن  است.

بسته به کاربرد ، تعداد قطب های روتور ممکن است متفاوت باشد. قطب های بیشتر گشتاور را افزایش می دهند اما حداکثر سرعت را می کاهند. موادی که برای ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شود ، تاثیراتی نیز بر حداکثر میزان گشتاور دارد که با چگالی شار افزایش می یابد.

از آنجا که سوئیچینگ باید به صورت الکترونیکی انجام شود ، کنترل موتور بدون جاروبک بسیار پیچیده تر از طرح های ساده مرتبط با نوع معمولی آن است. هر دو از روش کنترل آنالوگ و دیجیتال استفاده می کنند. بلوک کنترل اصلی مشابه موتورهای جاروبک دار است ، اما کنترل حلقه بسته حالت اجباری دارد.

سه نوع اصلی الگوریتم کنترل در موتورهای بدون جاروبک استفاده می شود: تغییر شکل ذوزنقه ای ، تغییر سینوسی و کنترل بردار (یا میدان محور). بسته به کدگذاری نرم افزار و طراحی سخت افزار ، هر الگوریتم کنترل می تواند به روش های مختلف پیاده سازی شود. لذا هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.

سوئیچ ذوزنقه ای به ساده ترین نرم افزارهای مدار و کنترل نیاز دارد لذا این سوییچ یک راه حل ایده آل برای برنامه های سطح ابتدایی خواهد بود. و از یک فرایند شش مرحله ای با استفاده از بازخورد موقعیت روتور استفاده می کند. سوئیچ ذوزنقه ای به طور موثر سرعت و قدرت موتور را کنترل می کند ، اما هنگام سوییچ کردن ، مخصوصاً در سرعتهای پایین ، مشکلی مانند موج گشتاور دارد.

سوئیچینگ بدون سنسور (برآورد موقعیت روتور با اندازه گیری EMF پشتی موتور) عملکرد قابل توجهی را برای میزان پیچیدگی بیشتر الگوریتم فراهم می کند. این سوئیچ بدون سنسور با حذف سنسورهای اثر هال و مدارهای رابط آنها ، هزینه اجزا و نصب را کاهش می دهد و طراحی سیستم را ساده می کند. این مسئله ای است که بیان می کند ، موتور بدون جاروبک در واقع چیست؟

مزایای موتور بدون جاروبک

فناوری موتور بدون جاروبک نه تنها قدرت ابزارهای برقی شارژی شما را افزایش می دهد ، بلکه عمر کار آنها را نیز خواهد افزود. با استفاده از این موتورها ، عملاً هیچ نگرانی برای نگهداری نخواهید داشت.

مزایای استفاده از فناوری بدون جاروبک بسیار زیاد است. عدم وجود جاروبک ، مشکلات مربوط به گرم شدن بیش از حد و خرابی را از بین می برد. عمر مفید موتور بدون جاروبک فقط به بلبرینگ ها مربوط می شود. موتور بدون جاروبک فشرده تر و دو تا سه برابر سبک تر از دستگاه های معمولی جاروبک دار است. این امر علاوه بر کاهش ارتعاش و سر و صدا ، قابلیت حمل را نیز بهبود می بخشد.

جابجایی های الکترونیکی قرار گرفتن در وضعیت های دقیق را امکان پذیر می کند. این موتور با روتورهای متعادل به حداکثر سرعت ۵۰،۰۰۰ دور در دقیقه می رسد. ماژول الکترونیکی ، انعطاف پذیری بیشتری را با طیف وسیع تری از تنوع و به ویژه حفظ گشتاور از ابتدا ارائه می دهد.

بدون وجود اصطکاک بین روتور و استاتور ، کارایی دستگاه به میزان قابل توجهی بهبود می یابد. گرما و اصطکاک کاهش می یابد در حالی که انرژی باتری بهینه می شود. با استفاده از باتری های معمولی ، قدرت دستگاه تا ۲۵ درصد افزایش می یابد. به گفته تولیدکنندگان ، آخرین نسل باتری های Li-Ion (یون لیتیم) تا ۵۰ یا حتی ۶۰ درصد افزایش قابلیت استفاده در حالت باتری را ارائه می دهند.

عدم وجود اصطکاک به موتور اجازه می دهد بدون ایجاد جرقه حتی در حین کاربردهای با فشرده سازی زیاد ، کار کند. فناوری بدون جاروبک ناحیه ی تماسی ندارد ، که این باعث می شود تا سایش و هزینه نگهداری به میزان قابل توجهی کاهش یابد. این مزایای متعددی دارد: موتور از نظر مصرف انرژی دارای کارایی بیشتری است که از گرم شدن بیش از حد جلوگیری می کند ، نیاز به تعویض جاروبک ها را برطرف می کند و کاربران از عمر باتری طولانی تری برخوردار می شوند-خواهید دید که بهترین مته شارژی روی موتور بدون جاروبک کار می کند.

 

موتور های جاروبک دار و بدون جاروبک: چرا هزینه اضافی؟

در یک موتور الکتریکی معمولی ، روتور (قسمت چرخشی دستگاه) در داخل استاتور (قسمت ثابت) می چرخد که هر دو با یک اتصال الکتریکی به هم متصل می شوند: یعنی کلکتور یا کموتاتور که با جاروبک های کربنی کوچک در تماس است.

با استفاده از فناوری بدون جاروبک ، روتور متشکل از آهن ربا و استاتور از سیم پیچ هایی است که به طور متناوب بار مثبت یا منفی دارند. بنابراین ، قطب ها جذب و دفع می شوند و به موتور اجازه چرخش می دهند. مزیتش این است که هیچ تماس فیزیکی بین روتور و استاتور وجود ندارد. انرژی از طریق مغناطیس از یکی به دیگری منتقل می شود.

موتور با جریان مستقیم ، به لطف جریان متناوب تولید شده توسط کارت الکترونیکی کار می کند بدین شکل که جریان مستقیم را به فرکانس متغیر سه فاز تبدیل می کند. بنابراین ، سیم پیچ ها به طور متناوب تغذیه می شوند تا یک میدان چرخشی و در نتیجه چرخش ایجاد شود. ماژول الکترونیکی که در موتور یا در محفظه تعبیه شده است به طور مداوم جریان را تنظیم می کند تا موتور با حداکثر کارایی کار کند. این باعث بهبود عملکرد کلی می شود و بنابراین این ارزش پولی را که بابتش پرداخته ایم نشان میدهد.

کدام بهتر است: موتور بدون جاروبک یا جاروبک دار؟

به طور خلاصه ، موتورهای بدون جاروبک بهتر از واحدهای جاروبک دار هستند. کاربران می توانند از مزایای کاهش تعمیر و نگهداری ، بهبود کارایی ، کاهش گرما و سر و صدا استفاده کنند. موتورهای بدون جاروبک واحدهایی با کار همزمان با یک یا چند آهنربای دائمی هستند. ابزارهای برقی با موتور بدون جاروبک در حال حاضر جزو محصولات گران قیمت محسوب می شوند.

موتور DC از دو قسمت الکتریکی تشکیل شده است: استاتور و روتور. هنگام تغذیه موتور ، یک فعل و انفعال مغناطیسی ایجاد می کند که موتور را در حرکت قرار می دهد. وقتی جهت ولتاژ موتور را برعکس می کنید ، جهت چرخش مخالف حالت قبل خواهد شد.

author-avatar

درباره محمدرضا شرفی

من محمدرضا شرفی ، 25 ساله فارغ التحصیل مهندسی مکانیک از دانشگاه بوعلی سینا هستم ، عاشق طراحی صنعتی. اینجا براتون از ابزار آلات و کار کردن باهاشون می نویسم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *