브러시리스 대 브러시 직류 전동기:언제,왜 다른 하나를 선택해야합니까

직류 솔질 모터

직류 솔질 모터(맥슨 그룹 이미지)

직류 모터는 와이어의 감긴 코일을 사용하여 자기장을 생성합니다. 솔질한 모터에서는,이 코일은 갱구를 몰기 위하여 자전하게 자유롭습니다–”회전자”에게 불리는 모터의 부속입니다. 일반적으로 코일은 철심 주위에 감겨 있지만 권선이 자체 지원되는”코어리스”인 브러시 모터가 있습니다.

모터의 고정 부분을”고정자”라고합니다. 영구 자석은 고정 자기장을 제공하는 데 사용됩니다. 정상적으로 이 자석은 회전자의 이상으로 고정자의 안 표면에,있습니다.

로터 스핀을 만드는 토크를 만들기 위해서는 로터의 자기장이 지속적으로 회전해야하므로 고정자의 고정 필드를 끌어 당기고 격퇴 할 수 있습니다. 필드를 회전시키기 위해 슬라이딩 전기 스위치가 사용됩니다. 스위치는 전형적으로 회전자에 거치된 분단한 접촉인 정류,및 고정자에 거치되는 조정 솔로 이루어져 있습니다.

로터가 회전함에 따라 다른 로터 권선 세트는 정류자에 의해 끊임없이 켜지고 꺼집니다. 이것은 회전자의 코일이 회전자를 회전시키는 고정자의 조정 자석에서 끊임없이 끌리고 격퇴되는 원인이 됩니다.

브러시와 정류자 사이에 약간의 기계적 마찰이 있기 때문에–그리고 전기 접촉이기 때문에 일반적으로 윤활 될 수 없습니다-모터의 수명 동안 브러시와 정류자의 기계적 마모가 있습니다. 이 마모는 결국 모터가 더 이상 작동하지 않는 지점에 도달합니다. 많은 솔질된 모터–특히 큰 그들–에는 착용으로 좋은 접촉을 유지하기 위하여 디자인되는 탄소로 전형적으로 만든 대신할 수 있는 솔이,있습니다. 이 모터는 정기적 인 유지 보수가 필요합니다. 교체 가능한 브러시로도 결국 정류자는 모터를 교체해야하는 지점까지 마모됩니다.

브러시 모터를 구동하기 위해 브러시 전체에 직류 전압이 가해져 회 전자 권선을 통해 전류를 통과시켜 모터가 회전합니다.

회전이 한 방향으로 만 필요하고 속도 또는 토크를 제어 할 필요가없는 경우 브러시 모터에 드라이브 전자 장치가 전혀 필요하지 않습니다. 이와 같은 응용 분야에서는 직류 전압이 간단히 켜지거나 꺼져있어 모터를 작동 시키거나 정지시킵니다. 이것은 자동화한 장난감 같이 저가 신청에서 전형적입니다. 역분개가 필요한 경우에,두 배 극 스위치를 사용해서 달성될 수 있습니다.

속도,토크 및 방향의 제어를 용이하게하기 위해,전자 스위치로 구성된”에이치 브리지”(트랜지스터,이그 비트,또는 모스펫)가 모터를 어느 방향 으로든 구동 할 수 있도록하는 데 사용됩니다. 이를 통해 전압이 극성으로 모터에 적용되어 모터가 반대 방향으로 회전 할 수 있습니다. 모터 속도 또는 토크는 스위치 중 하나를 변조하는 펄스 폭으로 제어 할 수 있습니다.

브러시리스 직류 전동기

브러시리스 직류 전동기(맥슨 그룹 이미지)

브러시리스 직류 전동기는 브러시 모터와 동일한 자기 인력과 반발 원리로 작동하지만 다소 다르게 구성됩니다. 기계적인 정류 및 솔 대신에,고정자의 자기장은 전자 정류를 이용하여 자전합니다. 이를 위해서는 활성 제어 전자 장치를 사용해야합니다.

브러시리스 모터에서 로터는 영구 자석이 부착되어 있고 고정자에는 권선이 있습니다. 브러시리스 모터는 위 그림과 같이 내부의 로터 또는 권선 외부의 로터로 구성 할 수 있습니다(때로는”아웃 러너”모터라고도 함).

브러시리스 모터에 사용되는 권선 수를 위상 수라고합니다. 무브러시 모터는 단계의 수 여러가지 건설할 수 있더라도,삼상 무브러시 모터는 일반적입니다. 예외는 하나 또는 두 단계 만 사용할 수있는 작은 냉각 팬입니다.

브러시리스 모터의 세 권선은”스타”또는”델타”구성으로 연결됩니다. 두 경우 모두 모터에 연결되는 세 개의 와이어가 있으며 드라이브 기술과 파형은 동일합니다.

3 단계로,모터는 극에게 불린 자석 윤곽 여러가지 건설할 수 있습니다. 가장 간단한 3 상 모터는 두 개의 극을 가지고 있습니다:로터는 한 쌍의 자기 극,하나의 북쪽과 하나의 남쪽을 가지고 있습니다. 모터는 또한 회전자에 있는 자석 단면도,및 고정자에 있는 감기를 더 요구하는 극 더로 건축될 수 있습니다. 매우 높은 속도는 더 낮은 극 카운트와 더 나은 수행하지만 높은 극 카운트,높은 성능을 제공 할 수 있습니다.

3 상 브러시리스 모터를 구동하려면 3 상 각각을 입력 공급 전압 또는 접지로 구동 할 수 있어야합니다. 이를 위해 각각 두 개의 스위치로 구성된 세 개의”하프 브리지”구동 회로가 사용됩니다. 이 스위치는 필요한 전압 및 전류에 따라 바이폴라 트랜지스터 또는 모스 펫이 될 수 있습니다.

삼상 무브러시 모터를 위해 채택될 수 있는 다수 드라이브 기술이 있습니다. 가장 간단한 것은 사다리꼴,블록 또는 120 도 정류라고합니다. 사다리꼴 정류는 직류 브러시 모터에 사용되는 정류 방법과 다소 유사합니다. 이 구성표에서는 주어진 시간에 세 단계 중 하나가 접지에 연결되고 하나는 열린 상태로 유지되고 다른 하나는 공급 전압으로 구동됩니다. 속도 또는 토크 제어가 필요한 경우 일반적으로 공급 장치에 연결된 위상이 펄스 폭 변조됩니다. 각 정류 지점에서 위상이 갑자기 전환되기 때문에 로터 회전은 일정하지만 모터가 회전 할 때 토크(토크 리플이라고 함)의 변화가 있습니다.

더 높은 성능을 위해 다른 정류 방법을 사용할 수 있습니다. 정현,또는 180 정도,정류는 현재 철저한 모든 3 개의 모터 단계를 항상 몹니다. 드라이브 전자 장치는 각 위상이 서로 120 도 이동했지만 정현파 전류를 생성합니다. 이 드라이브 기술은 토크 잔물결,뿐 아니라 청각적인 소음 및 진동을 극소화하고,고성능 또는 고능률 드라이브를 위해 자주 사용합니다.

필드를 올바르게 회전 시키려면 제어 전자 장치가 고정자에 대한 회 전자상의 자석의 물리적 위치를 알아야합니다. 종종 위치 정보는 고정자에 장착 된 홀 센서를 사용하여 얻어집니다. 자석 회전자가 돌 때,홀 감지기는 회전자의 자기장을 줍습니다. 이 정보는 드라이브 전자공학에 의해 회전자를 회전시키는 원인이 되는 순서에 있는 고정자 감기를 통해서 현재를 통과하기 위하여 이용됩니다.

3 개의 홀 센서를 사용하여 간단한 조합 논리로 사다리꼴 정류를 구현할 수 있으므로 정교한 제어 전자 장치가 필요하지 않습니다. 사인 정류와 같은 다른 정류 방법은 좀 더 정교한 제어 전자 장치가 필요하며 일반적으로 마이크로 컨트롤러를 사용합니다.

홀센서를 이용한 위치 피드백을 제공하는 것 외에도,센서없이 로터 위치를 결정하는 데 사용할 수 있는 다양한 방법이 있다. 가장 간단한 방법은 고정자에 대한 자기장을 감지하기 위해 구동되지 않은 위상의 후방 기전력을 모니터링하는 것입니다. 필드 지향 제어 또는 초점이라고하는보다 정교한 제어 알고리즘은 로터 전류 및 기타 매개 변수를 기반으로 위치를 계산합니다. 매우 신속하게 수행 할 필요가 많은 계산이 있기 때문에 초점은 일반적으로 매우 강력한 프로세서가 필요합니다. 물론 이것은 간단한 사다리꼴 제어 방법보다 비용이 많이 듭니다.

브러시드 및 브러시리스 모터:장점과 단점

용도에 따라 브러시리스 모터를 브러시드 모터 위에 사용하도록 선택할 수 있는 이유가 있습니다. 다음 표는 각 모터 유형의 주요 장점과 단점을 요약 한 것입니다:

	솔질된 모터	무브러시 모터
수명	짧은(브러쉬 마모)	긴(브러쉬 착용)
속도 및 가속도	중간	높음
효율성	중간	높음
전기 소음	시끄러운(부시 아크)	조용한
청각적인 소음&토크 잔물결	빈약한	매체(사다리꼴)또는 좋은(정현)
비용	최저	중간(추가 전자)

수명

앞서 언급했듯이 브러시 모터의 단점 중 하나는 브러시 및 정류자의 기계적 마모가 있다는 것입니다. 특히 카본 브러쉬는 희생적이며 많은 모터에서는 유지 보수 프로그램의 일부로 주기적으로 교체되도록 설계되었습니다. 정류자의 부드러운 구리는 브러시에 의해 천천히 마모되어 결국 모터가 더 이상 작동하지 않는 지점에 도달합니다. 무브러시 모터에는 이동하는 접촉이 없기 때문에,이 착용으로 고통받지 않습니다.

속도 및 가속도

브러시 모터 회전 속도는 브러시와 정류자뿐만 아니라 회 전자의 질량에 의해 제한 될 수 있습니다. 매우 높은 속도에서,정류자 접촉 브러시 불규칙 될 수 있으며,브러시 아크 증가. 대부분의 솔질한 모터는 또한 그(것)들에게 큰 회전 관성을 주는 회전자에 있는 박판으로 만들어진 철의 핵심을 이용합니다. 이는 모터의 가속 및 감속 속도를 제한합니다. 회전 관성을 극소화하는 회전자에 아주 강력한 희토류 자석을 가진 무브러시 모터를 건설하는 것이 가능합니다. 물론,그 비용을 증가시킨다.

전기 노이즈

브러쉬 및 정류자는 일종의 전기 스위치를 형성합니다. 모터가 회전함에 따라 스위치는 열리고 닫히는 반면,유도형인 로터 권선을 통해 상당한 전류가 흐르고 있습니다. 이 접점에서 아크 결과. 이 민감한 회로에 결합 얻을 수있는 전기 노이즈의 큰 금액을 생성합니다. 아크는 브러시에 커패시터 또는 아르 자형 스 너버를 추가하여 다소 완화 될 수 있지만 정류자의 순간 스위칭은 항상 약간의 전기적 노이즈를 생성합니다.

음향 노이즈

브러시 모터는”하드 스위치”즉,전류가 한 권선에서 다른 권선으로 갑자기 이동합니다. 생성된 토크는 회전자의 교체에 감기가 이따금 전환해 얻는 때 변화합니다. 브러시리스 모터를 사용하면 한 권선에서 다른 권선으로 전류를 점차적으로 전환시키는 방식으로 권선 전류를 제어 할 수 있습니다. 이것은 회전자에 에너지의 기계적인 맥동인 토크 잔물결을 낮춥니다. 토크 리플은 특히 낮은 로터 속도에서 진동 및 기계적 소음을 유발합니다.

비용

브러시리스 모터는 더 정교한 전자 장치를 필요로하기 때문에 브러시리스 드라이브의 전체 비용은 브러시 모터의 비용보다 높습니다. 브러시리스 모터는 브러시와 정류자가 없기 때문에 브러시 모터보다 제조가 간단하더라도 브러시 모터 기술은 매우 성숙하고 제조 비용이 낮습니다. 이것은 무브러시 모터가 자동 모터 같이 높은 볼륨 신청에서 대중적 되는 때,특히 변화하고 있습니다. 또한 마이크로 컨트롤러와 같은 전자 제품의 비용은 계속 감소하여 브러시리스 모터를 더욱 매력적으로 만듭니다.

요약

비용 감소와 성능 향상으로 인해 브러시리스 모터는 많은 응용 분야에서 인기를 얻고 있습니다. 그러나 닦았 모터가 더 의미가 장소는 여전히있다.

많은 자동차에 브러시리스 모터의 채택을 보면 배울 수 있습니다. 2020 년 현재,자동차가 달릴 때마다 작동하는 대부분의 모터(펌프 및 팬과 같은 것)는 브러시 모터에서 브러시리스 모터로 이동하여 신뢰성을 높였습니다. 모터 및 전자공학의 추가한 비용은 보다는 좀더 분야 실패 및 줄 정비 필요조건의 더 낮은 비율을 만회합니다.

한편,드물게 작동하는 모터(예:파워 시트 및 파워 윈도우를 움직이는 모터)는 주로 브러시 모터로 남아 있습니다. 추론은 자동차의 수명 동안 총 실행 시간이 매우 작다는 것입니다,그리고 모터가 자동차의 수명 동안 실패 할 가능성이 매우 낮다.

무브러시 모터 및 그들의 연합되는 전자공학의 비용이 줄이는 것을 계속하는 때,무브러시 모터는 솔질한 모터에 의해 전통적으로 붙들린 신청으로 그들의 방법을 찾아내고 있습니다. 자동차 세계의 또 다른 예로,하이 엔드 카드의 시트 조정 모터는 음향 소음이 적기 때문에 브러시리스 모터를 채택했습니다.

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