DC-elektromotoren zijn enkele van de belangrijkste uitvindingen waar de moderne wereld sterk op heeft vertrouwd. Deze motoren worden gebruikt in huishoudelijke apparaten, elektrisch gereedschap, drones, pc-koelsystemen, robotica en elektrische voertuigen.
Twee van de meest voorkomende DC-elektromotoren die tegenwoordig worden gebruikt, zijn geborstelde en borstelloze DC-motoren. Beide motoren hebben hetzelfde fundamentele idee om elektromagnetisme te gebruiken voor mechanische rotaties. Maar met verschillende ontwerpconcepten zullen geborstelde en borstelloze motoren ongetwijfeld hun verschillen hebben in prestaties, kosten en onderhoud.
Dus welk motorontwerp is beter: geborsteld of borstelloos?
Hoe werkt een DC-elektromotor?
Elektromotoren zetten elektriciteit om in mechanische energie. Ze doen dit door elektriciteit door koperen wikkelingen te laten gaan, waardoor een elektromagnetisch veld ontstaat die de permanente magneten in de motor prikkelt, waardoor de rotor beweegt en mechanisch produceert energie.
Hoewel zowel geborstelde als borstelloze motoren hetzelfde doel hebben om elektriciteit om te zetten in mechanische energie, zijn hun ontwerpen verschillend. Om hun verschil te begrijpen, laten we het hebben over het motorontwerp, te beginnen met de borstelmotor.
Geborsteld motorontwerp
Geborstelde motoren zijn al meer dan een eeuw in productie. Het is bekend dat ze een simplistisch ontwerp hebben met een paar koolborstels om de motor van stroom te voorzien. Geborstelde motoren hebben altijd vier hoofdonderdelen, dit zijn:
- Stator: Het stationaire deel van de motor. Het bevat de permanente magneten die de rotor laten bewegen.
- Rotor: Het draaiende deel van de motor. Het bevat een koperen spoel die, wanneer gevoed, de koperen spoel elektromagnetisch maakt.
- Commutator: Een metalen ring die ervoor zorgt dat de rotor blijft draaien door de polariteit om te draaien voor elke halve draai van de rotor.
- Borstels: Een stationair onderdeel gemaakt van koolstof dat rechtstreeks is aangesloten op de klemmen van de stroombron. Ze geven de stroom door aan de commutatorring, die vervolgens de rotor activeert.
Een geborstelde motor maakt gebruik van borstels om de motor elektrisch aan te drijven, terwijl zowel de rotor als de commutator kunnen draaien. De rotor is samengesteld uit koperen wikkelingen die, wanneer ze worden aangedreven, in feite een elektromagneet worden.
Dus wat gebeurt er als twee magneten dicht bij elkaar komen?
Welnu, afhankelijk van de uitlijning van de magnetische polen, zullen ze elkaar aantrekken of afstoten. Het doel van een geborstelde motor is om aantrekking en afstoting te gebruiken om de motor te laten draaien. Dit is waar een commutator nuttig wordt.
Een commutator is een metalen ring in het midden van de rotor die elke 180 graden de magnetische pool van de rotor verwisselt. Dit zorgt er effectief voor dat de magnetische pool van de rotor altijd uitgelijnd is met dezelfde magnetische pool van de stator, wat afstoting veroorzaakt.
De uitkomst? continu mechanische rotaties hebben voldoende kracht; om uw blender van stroom te voorzien (of iets dat een borstelmotor gebruikt).
Borstelloos motorontwerp
Borstelloze motoren begonnen aan populariteit te winnen in de jaren 80, toen transistors steeds gebruikelijker werden in de elektronica. Direct beschikbaar hebben solid-state componenten speelde een grote rol bij het toepasbaar maken van borstelloze motoren voor elektrisch gereedschap, huishoudelijke apparaten en elektronica. Hun complexe maar efficiënte ontwerp geeft borstelloze motoren meer koppel dan hun geborstelde tegenhangers.
Het borstelloze motorontwerp maakt gebruik van verschillende essentiële onderdelen. Ze zouden omvatten:
- Stator: Het stationaire deel van de motor. Het bevat verschillende koperen spoelen die, wanneer ze worden gevoed, een actieve magneet worden.
- Rotor: Het draaiende deel van de motor. Hierin bevinden zich de permanente magneten die door het elektromagnetische veld tussen de stator en de rotor gaan draaien.
- Zaaleffectsensor: Een sensor die detecteert welke spoelen bekrachtigd zijn en welke niet.
- Besturingsschakeling: Een elektronisch circuit dat is ontworpen om te beslissen welke spoelen in de stator moeten worden bekrachtigd.
Zoals de naam al aangeeft, gebruiken borstelloze motoren geen borstels om de motor aan te drijven. Borstelloze motoren hebben ook geen stroomvoerende commutators. In plaats daarvan gebruikt het een hall-effectsensor en een regelcircuit om ervoor te zorgen dat de tegenovergestelde magnetische polen van de stator en rotor altijd op één lijn liggen. Een ander ding dat je anders zult vinden, is dat de stator de koperen wikkelingen huisvest, terwijl de rotor de permanente magneten huisvest.
Een borstelloze motor werkt in principe op dezelfde manier als een borstelmotor: door verschillen in magnetische polen te gebruiken om de rotor te bewegen, ontstaat er rotatie en koppel.
Maar hoe kunnen de koperen wikkelingen stroom krijgen zonder borstels en commutators?
Simpel, je maakt de koperen wikkelingen stationair. Bij stationaire koperen wikkelingen zijn geen borstels meer nodig, omdat u de spoelen rechtstreeks door draden kunt voeden.
Wat betreft de commutators, een borstelloze motor gebruikt een hall-effectsensor en een regelcircuit. Een hall-sensor is een platte cirkelvormige sensor die naast de koperen wikkelingen van de stator wordt geplaatst. Omdat de stator meerdere spoelen bevat, kan de hall-sensor detecteren of een van deze spoelen is bekrachtigd of niet.
Gemaakt met Sketchup
De sensor geeft vervolgens zijn waarde aan het regelcircuit en beslist welke spoelen moeten worden bekrachtigd. Dus als de permanente magneten van de rotor in de buurt komen van de aantrekkende magnetische polen, stopt het regelcircuit met het bekrachtigen van deze spoelen en bekrachtigt de volgende spoel die de permanente magneten van de rotor aantrekt. Het regelcircuit zal ook de spoelen vóór de permanente magneten bekrachtigen, waardoor afstoting wordt veroorzaakt en nog meer koppel aan de rotatie wordt toegevoegd.
Voors en tegens van geborstelde en borstelloze motoren
Met de verschillen in motorontwerp hebben zowel geborstelde als borstelloze motoren voor- en nadelen. Hier is een tabel om u te helpen hun sterke en zwakke punten te begrijpen:
| Geborsteld Motor | Borstelloze motor | |
|---|---|---|
| Levensduur | Kort | Lang |
| Versnelling | Medium | Hoog |
| efficiëntie | Medium | Hoog |
| Koppel | Medium | Hoog |
| Akoestiek | Luidruchtig | Stil |
| Kosten | Goedkoop | Duur (met stuurschakeling) |
Moet u hardware kopen met een geborstelde of borstelloze motor?
Zoals u in de tabel kunt zien, zijn borstelloze motoren in alle opzichten beter (behalve in kosten) dan hun geborstelde tegenhanger. Ze bieden een hoger koppel, snellere acceleratie, minder geluid en een hoger rendement, en zijn duurzamer.
Dus wanneer u de kans krijgt om een nieuw elektrisch gereedschap, keukenapparaat, drone of iets anders dat een motor nodig heeft te kopen, is het kiezen van artikelen met een borstelloze motor over het algemeen de betere optie.
Dus moeten geborstelde motoren achterhaald zijn?
Welnee. Vooral omdat een borstelloze motor (plus regelcircuit) aanzienlijk meer zal kosten dan een item met een borstelmotor. En hoewel een borstelloze motor beter is dan zijn geborstelde tegenhanger, betekent dit niet dat een geborstelde motor slecht is. In feite is een geborstelde motor voldoende goed. U kunt met een borstelmotor dezelfde taken uitvoeren als mensen met een borstelloze motor.
Over het algemeen zijn borstelloze motoren de ideale motoren in uw gereedschappen en apparatuur. Maar er zijn ook situaties waarin u in plaats daarvan geborstelde motoren wilt gebruiken. Deze situaties zijn onder meer:
- Wanneer de motor wordt gebruikt in kortstondige korte stoten (bijv. blender, elektrisch bedienbare stoelen en ruitenwissers)
- Wanneer een gereedschap/apparaat slechts een paar keer per jaar nuttig wordt
- Wanneer de taak niet veel koppel vereist (bijvoorbeeld speelgoed, ventilatieopeningen)
- In extreme bedrijfsomstandigheden. Borstelmotoren hebben geen sensoren of regelcircuits nodig die bij extreme weersomstandigheden kunnen uitvallen
Slimme aankopen doen
Nu je het verschil begrijpt tussen geborstelde en borstelloze motoren, wordt het hopelijk makkelijker voor je om een slimme aankoop te doen bij het kopen van keukenapparatuur, gereedschap en apparatuur. Dit zou ook moeten verklaren waarom sommige artikelen duurder zijn dan hun tegenhangers, ook al zijn ze van hetzelfde merk, hebben ze dezelfde kenmerken en gebruiken ze dezelfde vormfactor. Onthoud dat alleen omdat je een premium item kunt kopen met een borstelloze motor, niet altijd betekent dat het slim is om te kopen.
