Mis on väike DC-mootor?

Väikese DC-mootori põhitõdede mõistmine

Väikese DC-mootori definitsioon ja tuumfunktsioon

Väikesed alalisvoolumootorid muudavad alalisvoolu täpseks mehaaniliseks liikumiseks, kasutades elektromagnetilisi jõude. Põhimõtteliselt juhtub see: kui vool läbib mootori armatuuri, kohtub see magnetväljaga, lootes nii pöörleva liikumise, mida kõik nii hästi teame ja armastame. Need väikesed võimsusallikad sobivad suurepäraselt olukordadeks, kus ruum on piiratud ja pöördemoment peab olema just õige, mistõttu neid leidub kõikjal – nutitelefonidest kuni haiglate seadmetes kasutatavate väikeste pumpideni. Uuringud tööstusliku liikumissüsteemide kohta algusest 2024. aastal näitavad, et need mootorid saavutavad kergema koormuse korral tõhususe umbes 90%, peamiselt selle tõttu, et hõõrdejõud on väga madal.

Peaosad: Armatuur, kommutaator, sütted ja magnetid

Neli kriitilist komponenti määravad väikese alalisvoolumootori toimimise:

• Konstruktsioon : Pöörlev pool, kus vool tekitab magnetväljad.
• Kommutaator : Pöörab voolu suuna vastupidiseks, et tagada pidev pöörlemine.
• Purked : Juhtida elektrit staatiliste ja liikuvate osade vahel.
• Magneedid : Luua staatiline magnetväli armatuuri vastastikmiseks mõjumiseks.

Erinevalt suuremadest mootoritest kasutavad väikesed alalisvoolu mootorid vastupidavuse tagamiseks kergeid materjale, nagu neodüümiummagniidid ja süsinikpuud. Nagu on rõhutatud mootoritehnika juhendites , on need komponendid optimeeritud soojusdissipatsiooni vähendamiseks, võimaldades pidevat tööd kitsendatud ruumides.

Kuidas erinevad väikesed alalisvoolu mootorid suuretest alalisvoolu mootoritest konstruktsiooni ja kasutuse poolest

Väikeste alalisvoolumootorite puhul keskendutakse pigem võimsuse pakendamisele kitsatesse ruumidesse kui suurte pöördemomentide tootmisele. Võtke standardne 12-voldine mootor, mille võimsus on umbes 3 kuni 50 vatti – need väikesed seadmed tiirlevad tavaliselt umbes 15 kuni 200 pööret minutis. Võrreldes tööstusmootoritega, mis suudavad hallata palju suuremat võimsust, sageli ületades 1 kilovatti, kuid vajavad ülekuumenemise vältimiseks suuri jahutussüsteeme. Väiksemate mootorite kasulikuks omaduseks on nende kompaktne ehitus. Neile ei ole vaja lisaseadmeid, nagu välist ventilatsiooniventiilaatorit, mida suuremad mootorid nõuavad, mistõttu insenerid eelistavad neid paigutada erinevasse varustusse, kus ruumilised piirangud on olulised. Ühe viimasel aastal elektromehaanikaajakirjas avaldatud uuringu kohaselt töötavad need väiksemad mootorid ligikaudu 40 protsenti vaiksemalt võrreldes suuremate sugulastega. See vaikne töö on eriti oluline rakendustes, nagu haiglaseadmed või tarbijaelektronika, kus keegi ei soovi, et masinad tekitaksid igavaid suminumisi helisid.

Kuidas väike alalisvoolumootor töötab: elektromagnetilised printsiibid ja toimimine

Elektromagnetiline jõud ja pöörlemismehhanism väikeses alalisvoolumootoris

Väikesed alalisvoolumootorid teisendavad elektrienergia mehaaniliseks liikumiseks nii nimetatud Lorentzi jõudude põhimõttel. Tegelikult tekib mootori sees olevates vasktraatides (mida me kutsume armatuuri mähisteiks), kui nendes voolab elektrivool, magnetväli. See väli vastastikmõjub mootori korpuse sisse paigaldatud püsimagnetitega. Järgmiseks toimub midagi päris lahe – magnetväljad tõukuvad üksteist, lootes niimoodi jõu, mis pöörleb mootori valli risti voolu suunaga ja magnetvälja jõujoontega. Selleks et mootor pidevalt kenasti pöörleks, edastatakse vool grafiitpuistrite kaudu kommutaatorile. See osa lülitab voolu ümber erinevatele armatuuri mähise osadele, nii et mootor jätkab pidevat pööramist ja ei peatuks pärast ühte täispööret.

Kommutaatori ja harjade roll liikumisjuhtimises

Kommutaatori-harja süsteem täidab kahte kriitilist funktsiooni:

• Voolu suuna muutumine : Tagab pöördemomendi jääkuse, vahetades mähiste polaarsust täpssetel pöördeintervallidel
• Võimsuse edastamine : Hoiab ühendust staatiliste toiteallikate ja pöörlevate komponentide vahel

Ilma selle sünkroonse lülitamiseta seiskuks väikesed alalisvoolumootorid osalise pöörde järel. Hiljutised elektrodünaamika uuringud näitavad, et optimeeritud kommütatsioonikonstruktsioonid vähendavad hõõgustumist 40%, pikendades harjade elukest 12 V rakendustes.

Väikese alalisvoolumootori kiirus, pöördemoment ja jõudluse omadused

Väikese alalisvoolumootori jõudluse määravad olulised seosed:

Kereta väikesed alalisvoolumootorid saavutavad üle 10 000 täis/min kiiruse minimaalse vibratsiooniga, samas kui planeetaarvõlgu mootorid vahetavad kiirust 15-kordse võllkäigu suurendamise vastu. Tõhusad konstruktsioonid säilitavad energiamuundumise >80% ulatuses kogu oma tööala vältel.

Väikeste alalisvoolumootorite tüübid ja peamised variandid

Harjaga vs. harjata väikesed alalisvoolumootorid: eelised, puudused ja kasutusjuhud

Väikesed sulgpidega alalisvoolumootorid töötavad süsiniksulgede ja kommutaatorite abil, et luua elektrilised ühendused. Esmapilgul on need suhteliselt lihtsad ja odavad, mistõttu neid kasutatakse näiteks pesumasinate ja kõikjal levinud suupisteautomaatides. Kuid siin on küünar: sulgpeod kuluvad aja jooksul, mistõttu vajavad need mootorid regulaarseid kontrollimisi ja asendusosi. See mõjutab otseselt nende eluea pikkust enne täielikku rikke tekke. Teisest küljest loobuvad sulgpidevabad alalisvoolumootorid ehk BLDC-d kogu sellest mehaanikast elektroonilise kommutatsiooni abil. Hõõrdepuudumine tähendab, et need mootorid saavad oluliselt efektiivsemalt töötada, mõnikord saavutades umbes 90% efektiivsuse. Arstiseadmete tootjad hoiavad neid just seetõttu, et need suudavad tuhandeid tunde järjest töötada, ilma et kokku lakkuda. Mõnel ühikul on teada, et need on jõudnud 10 000 tunni piirini ja töötavad endiselt hästi.

Girimaandrite konfiguratsioonid kõrge momendiga väikeste alalisvoolumootorite rakendustes

Planeed- või rõngaskäiguga väikeste alalisvoolumootorite integreerimine suurendab pöördemomenti, säilitades samas kompaktse suuruse. Kuni 2,5 Nm pöördemomendiga käigukotlid on ideaalsed automakna regulaatorite, tööstuslikke aktuaatoreid ja robottehnika jaoks, kus piiratud ruumis on vajalik kõrge jõud.

Tuumata ja plaatmootorid väikesed alalisvoolumootorid kompaktsete süsteemide jaoks

Tuumata konstruktsioonid eemaldavad rauast tuuma rootorist, vähendades inertsi 50%, võimaldades kiireid seiskamis- ja käivitustsükleid dronide ja proteeside puhul. Plaatmootorid tasase armatuuriga saavutavad paksenduse alla 15 mm, võimaldades integratsiooni kandvatel seadmetel ja miniatuursedensorites.

Olulised jõudluskriteeriumid väikese alalisvoolumootori valimisel

Pinge, vool ja võimsusnäitajate seletus

Kui töötatakse väikeste alalisvoolumootoritega, peab nende nimipinget sobima sellega toiteallikaga, millega neid ühendatakse. Enamik kaubanduslikke mudeleid töötab kõige paremini vahemikus 6 kuni 24 volti. Kui nende mootorite kaudu lasta liiga suur pinge, siis nad soojenevad tavaliselt üsna kiiresti üle. Teisest küljest muutuvad mootorid nende minimaalse pinge all töötades lihtsalt nõrgemaks, kuna nad ei suuda genereerida piisavalt suurt pöördemomenti. Mootori tarbitav vooluhulk sõltub otseselt sellest, kui raskelt see töötab. Suuremad koormused tähendavad rohkem voolu süsteemi läbi, mis loomulikult suurendab nii energiatarbimist kui ka soojuse teket. Vaatame arve selguse huvides: võtame standardse 12-voldise mootori, mis tarbib umbes 1,6 amprit, see annab meile ligikaudu 19,2 vatti võimsust. Nende tehniliste andmete mõistmine aitab inseneridel valida õige mootori konkreetseks tööks. Pisikene mootor võib toime tulla lihtsate seadmete või mänguasjadega, kuid pideva töö tegemiseks olulistes tööstusseadmetes oleks vaja midagi suuremat.

Pideva töö režiimi tõhusus ja soojushaldus

Väikeste alalisvoolumootorite tõhusus jääb üldiselt vahemikku 70 kuni 90 protsenti, kuigi see võib erinevatel teguritel – näiteks mootori seesmise hõõrde, mähiste takistuse ja magnetväljaga seotud kaotustel – sõltuvalt muutuda. Kui need mootorid töötavad pidevalt temperatuuril, mis ületab 60 kraadi Celsiuse (umbes 140 Fahrenheiti), siis on olemas reaalne oht, et isoleerimine läheb katki või püsivad magnetid kaovad oma tugevusest. Selles olukorras on soojushaldus täiesti otsustav tähtsusega. Asjad nagu eriliselt disainitud korpused, mis aitavad soojus hajutada, või lihtsalt õhuliikumise parandamine mootori ümber, võivad oluliselt pikendada nende eluiga enne vahetamise vajadust. Ilmajoonikulised mootoriversioonid tekitavad tegelikult vähem soojust, kuna neil puuduvad need tüütu hoonekennad, mis tekitavad hõõrdumist. Rakendustes, kus usaldusväärsus on kõige olulisem, näiteks meditsiiniseadmetes, kestavad ilma probleemideta ilmajoonikulised mudelid sageli rohkem kui 5000 tundi pidevalt töötades.

Eluiga, usaldusväärsus ja hoolduse kaalutlused

Väikesed harjaga alalisvoolumootorid töötavad tavaliselt umbes 1000 kuni 3000 tundi, enne kui harjad hakkavad kulumist näitama, samas kui nende harjata vasted suudavad hõlpsasti ületada 10 000 tundi. Kui need mootorid on paigaldatud kohtadesse, kus on palju tolmu või kõrge niiskus, siis kasutuks neile suuresti tihendatud laagreid ja rooste- ning lagunemiskindlatest materjalidest valmistatud komponente. Nende sujuva töö tagamiseks on vajalik ka mõningane hooldus. Kollektori pindade regulaarne puhastamine ja liikuvate osade piisav õlitatus aitavad oluliselt vältida ootamatuid seiskumisi automaatsetes tootmisliinides. Sõidukite ja muu transpordiseadmete puhul määravad tootjad sageli mootoritele IP54 kaitseastme. See tähendab, et need suudavad taluda pritskava vett ja mustust, ilma et niiskus sisse tungiks, mis vastab enamiku tootjate nõuetele usaldusväärseks tööks rasketes tingimustes.

Väikeste alalisvoolumootorite levinud töindus- ja kaubanduslikud rakendused

Tarbijaelektroonika ja kandelised seadmed

Meie kasutame väikesi alalisvoolumootoreid kõikjal igapäevaelus, tihtipeale isegi märkamata. Mõelge telefonidesse sisselülituvatele hoiatussignaalidele teavituste saatmisel, elektrilineeles olevatele keerlevatele peadele või väikestele ventilatoritele, mis jahutavad meid soojal suvepäeval. Mis muudab need mootorid nii head? Need on piisavalt kompaktne, et sobituks kandelistesse seadmettesse, kuid samas piisavalt energiatõhusad, et toimida aku toitel. Isegi selliste keeruliste seadmete puhul nagu dronid, aitavad need miniatuurmootorid hoida kogu süsteemi õhus tasakaalus ning tagavad kaamera sujuva liikumise külje pealt külje peale. Sama tehnoloogia toidab ka neid gimbalsüsteeme, mida fotograafid nii palju hinnatakse. Üsna muljet avaldav, arvestades nende tegelikku pisivormi!

Meditsiiniseadmed, mis vajavad täpseid väikeseid alalisvoolumootoreid

Meditsiinivaldkond tugineb paljuski nendele pisikestele alalisvoolumootoritele, mis toidavad tänapäeval kõige olulisemaid seadmeid – insuliini manustamissüsteemidest robotkirurgia tööriistadeni ja isegi MRI-ruumides paigaldatud reguleeritavateni. Need väikesed mootorid suudavad säilitada stabiilse võimsuse väljund ka siis, kui töötavad aeglaselt, mis on eriti oluline õige ravimidoosi andmiseks infusiooniliinide kaudu. Hoobkateteta versioonid on eriti kasulikud, sest need ei teki peaaegu üldse elektrilist müra, mis võib häirida teisi tundlikke meditsiiniseadmeid läheduses. Huvitav on see, et enamik tänapäeval kasutusel olevaid käsipidiseid diagnostikaseadmeid kasutab nii nimetatud südamikuta alalisvoolumootoreid. Miks? Sest need töötavad nii vaikselt, et patsiendid kuigi vähe märkavad nende tööd testide ja kontrolli käigus.

Väikese alalisvoolumootoriga automaatikasüsteemid

Tänapäevased sõiduautod sisaldavad tegelikult umbes 30 kuni 50 pisikest alalisvoolumootorit, mis töötavad varjatult taga plaanil. Need tegelevad kõigi nende asjadega, mida me lihtsalt loomeks võtame, nagu näiteks aknade automaatne reguleerimine, istmete asendite meelespidamine ja küttesüsteemi õhukergete avade juhtimine. Uuemad lahendused muutuvad aga veelgi huvitavamaks. Tootjad paigaldavad praegu kollektorita alalisvoolumootoreid edasijõudnud juhiabi süsteemidesse, et tagada näiteks radarite õige joondus või peeglitest automaatne kokkupanek pargimisel. Need väikesed töökonnad suudavad taluda ka üsna karmi temperatuuri, toimides usaldusväärselt nii külmale minuse 40 kraadini kui ka kuumale kuni 150 kraadini. Selline vastupidavus teeb need ideaalseteks kõigesse ilmases tingimustesse ilma katkemiseta.

Robotitehnoloogia, automatiseerimine ja hobiharrastajate uuendused

Väikesed alalisvoolumootorid toidavad kõike, alustades nendest fancy tööstuslikest pick-and-place robotitest kuni lihtsate Arduino katsetusprojektideni. Mõned neist võivad olla väga pisikesed, olemas on mudelleid, mis sobivad ruumi, mille läbimõõt on vaid 6 mm. Töö tegemiseks suurendavad reduktsioonmootorite versioonid jõupäälet korda ligikaudu 200 korda, mis tähendab, et need suudavad hõlpsasti tõsta umbes 5 kg raskusi robotkätes. Siis on olemas ka pannkoogilised mootorid, mis pöörlevad ülikiiresti ja saavutavad kiirused kuni 10 000 pööret minutis PCB-laste puurimisel. Enamik avatud lähtekoodiga robotiplatvorme on nüüdseks varustatud mooduliste alalisvoolumootorite valikutega, millel on standardid kinnituspunktid. See on kindlasti kiirendanud prototüüpimist nii hobijatele kui ka professionaalidele. Prototüüpimine võtab nüüd umbes 40% vähem aega kui varem, kui kasutatakse neid standardkomponente, mitte kui ehitatakse igakord kohandatud lahendusi nullist