موتورهای جریان مستقیم کوچک به عنوان نیروی پنهانی عمل می‌کنند که نوآوری را در الکترونیک مصرفی مدرن هدایت می‌کنند. اندازه فشرده و بازده بالای آنها باعث شده است تا در دستگاه‌های قابل حمل که به کنترل دقیق حرکت نیاز دارند، از ابزارهای مراقبت شخصی تا مانیتورهای قابل پوشیدن سلامت، ضروری باشند.
موتورهای مستقیم‌الجریان با مغناطیس دائم (PM DC) به‌ویژه برای فضاهای باریک که هر میلی‌متر اهمیت دارد، مانند هدفون‌های بی‌سیم یا مکانیزم‌های دوربین کوچک درون تلفن‌های هوشمند مناسب هستند. این موتورها سیم‌پیچ‌های میدان اضافی که حجم زیادی اشغال می‌کنند را حذف کرده‌اند و در نتیجه می‌توانند حدود ۲۰ تا ۳۵ درصد کوچک‌تر از مدل‌های قدیمی باشند. و با وجود اندازه جمع‌وجسته خود، همچنان توانایی تولید حدود ۱۵ میلی‌نیوتن‌متر گشتاور را دارند که طبق گزارش روندهای کنترل حرکت در سال گذشته این چنین است. کل این مجموعه آنقدر باریک شده که مهندسان در عمل متوجه شده‌اند کار کردن در محدوده‌های سخت‌گیرانه زیر ۱۰ میلی‌متری که توسط تلفن‌های تاشو و سایر وسایل الکترونیکی فوق‌العاده نازک امروزی اعمال می‌شود، بسیار آسان‌تر شده است.
بیش از 87٪ از مسواک‌های برقی پریمیوم از موتورهای PMDC با ولتاژ 3 تا 6 ولت و همراه با گیربکس سیاره‌ای سفارشی استفاده می‌کنند که 7000 تا 30000 نوسان در دقیقه ایجاد می‌کنند و تنها 1.2 تا 2.4 وات انرژی مصرف می‌کنند. در دستگاه‌های پوشیدنی تناسب اندام، موتورهای بی‌جرقه DC با قطر 4 میلی‌متری سیستم‌های بازخورد لمسی (هپتیک) را فعال می‌کنند که با باتری‌های کوین سل می‌توانند بیش از 18 ماه کار کنند.
انتخاب ولتاژ مستقیماً بر عملکرد دستگاه و عمر باتری تأثیر می‌گذارد:
| ولتاژ | طول عمر معمول | کاربرد های مشترک |
|---|---|---|
| 3V | 6090 روز | دستگاه‌های پوشیدنی، سنسورهای اینترنت اشیا |
| 5V | 15–30 روز | تراشهای الکتریکی، ابزارهای آرایش مو |
| 12ولت | 812 ساعت | جاروهای برقی بی‌سیم، ابزارهای برقی |
همان‌طور که در گزارش طراحی الکترونیک مصرفی 2024 برجسته شده است، موتورهای بی‌جرقه DC با ولتاژ 5 ولت اکنون 68٪ از طرح‌های جدید لوازم جانبی گوشی‌های هوشمند را به خود اختصاص داده‌اند، به دلیل سازگاری با استانداردهای شارژ سریع USB-PD.
موتورهای کوچک مستقیم‌الجریان (DC) که در رایانه‌ها یافت می‌شوند، واقعاً همان چیزی هستند که باعث می‌شوند تمام قطعات متحرک به‌صورت دقیق کار کنند. به عنوان مثال، پروانه‌های خنک‌کننده؛ این موتورهای کوچک با تنظیم جریان هوای بهینه و چرخش با سرعت بیش از ۳۰۰۰ دور در دقیقه، از داغ شدن بیش از حد قطعات جلوگیری می‌کنند و در عین حال آنقدر سبک هستند که وزن اضافی ایجاد نکنند. در مورد دیسک‌های سخت (هارد)، تولیدکنندگان از موتورهای بسیار کوچک DC برای چرخاندن دقیق محور استفاده می‌کنند که این موضوع بخشی از توضیح سرعت بالای انتقال داده در SSDهای امروزی، حدود 210 مگابایت بر ثانیه، است. و نباید از چاپگرها نیز فراموش کرد! این دستگاه‌ها به موتورهای DC از نوع استپر متکی هستند تا کاغذ را با دقت بسیار بالا حرکت دهند و در آن چاپ‌های پیشرفته با وضوح بالا که مردم بسیار دوست دارند، دقتی در حد نیم میلی‌متر داشته باشد.
موتورهای جریان مستقیم با جاروبک هنوز به طور گسترده در وسایل ارزان‌قیمت یافت می‌شوند، زیرا تولید آنها ارزان است و معمولاً قیمت هر کدام بین ۲ تا ۵ دلار آمریکا است. با این حال، این موتورها در صورت کار مداوم عمر طولانی ندارند، زیرا قطعات مکانیکی داخلی پس از حدود ۱۰۰۰ تا ۳۰۰۰ ساعت کارکرد دچار سایش می‌شوند. از سوی دیگر، موتورهای جریان مستقیم بدون جاروبک یا BLDC به شیوه‌ای متفاوت کار می‌کنند. این موتورها با حذف کامل جاروبک‌های فرسایشی و استفاده از الکترونیک برای تعویض جریان، عمر بسیار طولانی‌تری دارند — اغلب بیش از ۲۰۰۰۰ ساعت در تجهیزات درست عایق‌بندی‌شده مانند هارد دیسک‌های خارجی. آزمایش‌های اخیر در سال ۲۰۲۳ روی ۱۲۰ عدد پنکه خنک‌کننده که دیگر کار نمی‌کردند انجام شد و یافته‌های جالبی به دست آمد: موتورهای با جاروبک تقریباً پنج برابر بیشتر از موتورهای بدون جاروبک دچار خرابی می‌شدند و علت اصلی آن تجمع رسوبات کربنی در طول زمان بود.
امروزه شاهد حرکت بزرگی به سمت موتورهای BLDC در بازار لوازم جانبی هستیم. نرخ پذیرش این موتورها به طور مداوم در حال افزایش است و از ابتدای سال 2020 تاکنون رشدی حدود 18 درصدی داشته است. دلیل آن چیست؟ مردم بیشتر می‌خواهند دستگاه‌هایشان در حالت بیکاری کمتر از 5 وات انرژی مصرف کنند. به عنوان مثال، ایستگاه‌های داکینگ جدید USB-C از موتورهای بدون جاروبک 12 ولتی استفاده می‌کنند تا بتوانند همزمان هم شارژ و هم انتقال داده را مدیریت کنند. آنچه واقعاً جالب است، کوچک‌تر شدن طراحی‌های ماژولار BLDC است. چاپگرهای قابل حمل اکنون می‌توانند بدون قربانی کردن عملکرد، 15 درصد کوچک‌تر ساخته شوند. و همچنین نباید از سطح سر و صدا غافل شد که حدود 35 دسی‌بل باقی مانده است و این موضوع آنها را برای فضاهای دفتری شلوغ مناسب‌تر می‌کند، جایی که چاپ مداوم در غیر این صورت می‌تواند باعث ناراحتی همه شود.
موتورهای کوچک مستقیم‌الجریان دقت و قابلیت اطمینان را در الکترونیک مصرفی سرگرمی‌محور فراهم می‌کنند، جایی که منابع تغذیه کوچک بسیار حیاتی هستند. این موتورها در سه حوزه کلیدی غالب هستند:
حجم آنها که ۳۰ تا ۵۰ درصد کوچک‌تر از معادل‌های متناوب (بر اساس گزارش Trends 2023 در زمینه رباتیک) است، امکان ادغام در فضاهایی کمتر از ۲ سانتی‌متر مکعب را فراهم می‌کند — که برای طراحی‌های مینیاتوری بسیار حیاتی است.
برای اسباب‌بازی‌های مقرون‌به‌صرفه که امروزه در قفسه‌های فروشگاه‌ها یافت می‌شوند، موتورهای جریان مستقیم (DC) با آهنربای دائمی و جاروبکی هنوز هم انتخاب اصلی تولیدکنندگان هستند. تولید این موتورها حدود دو سوم کمتر از موتورهای بی‌جاروبکی هزینه دارد که در شرایط حاشیه سود پایین، تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند. نیازهای ولتاژی آنها نیز بسیار ساده است و معمولاً به خوبی با باتری‌های کوچک دکمه‌ای یا باتری‌های رایج AA و AAA که در بیشتر خانه‌ها یافت می‌شوند، کار می‌کنند. البته این موتورها دارای جاروبک‌های مکانیکی هستند که با گذشت زمان ساییده می‌شوند و عمر آنها را به حدود ۲۰۰ تا حداکثر ۵۰۰ ساعت عملکرد محدود می‌کنند. اما صادقانه بگوییم، این مقدار عمر در عمل کافی است، با توجه به اینکه بیشتر کودکان تنها برای یک تا دو سال با یک اسباب‌بازی خاص بازی می‌کنند و سپس به چیز جدیدی روی می‌آورند.
امروزه کیت‌های آموزشی مدرن STEM با موتورهای جریان مستقیم بدون جاروبک (BLDC) عرضه می‌شوند که دارای ویژگی‌های راحت‌کننده‌ی متعددی هستند. اکثر این موتورها دارای درایورهای موتور از پیش لحیم‌شده، اتصالات ورودی استاندارد ۵ ولت و ۱۲ ولت بوده و علاوه بر این به خوبی با کنترل‌های سرعت PWM کار می‌کنند. این امر چه معنایی برای دانش‌آموزان دارد؟ به این معنا که ساخت ربات‌های اینترنت اشیا و سیستم‌های اتوماسیون بسیار آسان‌تر شده است، چرا که دیگر نیازی به کار کردن با مدارهای پیچیده نیست. طراحی بدون جاروبک نیز یک مزیت بزرگ برای معلمان است، زیرا این موتورها حتی پس از ماه‌ها استفاده مداوم در کلاس درس، نیاز به نگهداری منظم ندارند. آنها بیش از هزار ساعت متوالی با بازدهی حدود ۸۵ درصد به‌خوبی کار می‌کنند. از این رو تعجب‌آور نیست که تأمین‌کنندگان برتر آموزشی به‌طور گسترده‌ای شروع به استفاده از این موتورها در خط تولید محصولات خود کرده‌اند.
موتورهای کوچک مستقیم با جاروبک به این قطعات قدیمی مکانیکی به نام جاروبک و کموتاتور برای عبور جریان برق متکی هستند. اما همیشه در اینجا مقداری اصطکاک وجود دارد که بازده کلی آنها را حداکثر به حدود ۷۰ تا ۸۰ درصد کاهش می‌دهد. علاوه بر این، هنگام کار کردن معمولاً صدای زیادی تولید می‌کنند. موتورهای بدون جاروبک (براشلس) تمام این مشکلات را با جایگزینی قطعات فرسوده شونده با کنترلرهای الکترونیکی برطرف می‌کنند. عدم تماس فیزیکی به معنای سایش و خرابی کمتر قطعات است و بازدهی نیز به محدوده ۸۵ تا ۹۵ درصد افزایش می‌یابد. این ویژگی موتورهای براشلس را به گزینه‌های بسیار مناسبی تبدیل می‌کند هر زمان که عملکرد بی‌صدا اهمیت داشته باشد. به عنوان مثال تجهیزات پزشکی که در آن صدای زمزمه مداوم مشکل‌ساز است، یا حتی سنسورهای کوچک اینترنت اشیا (IoT) که باید سالها بدون نیاز به تعمیر و نگهداری کار کنند.
| ویژگی | موتور دی سی فرشاده | موتور DC بی‌فرش |
|---|---|---|
| روش کموتاسیون | جاروبک‌های مکانیکی | کنترل کننده الکترونیکی |
| کارایی | ≈80% | ≈95% |
| سطح صدا | متوسط تا زیاد | حداقل |
| طول عمر | ۱,۰۰۰–۳,۰۰۰ ساعت | ۱۰,۰۰۰–۲۰,۰۰۰ ساعت |
عدم وجود جرقه‌زنی در ماشین‌های بدون جارو نیز ایمنی را در محیط‌های قابل اشتعال بهبود می‌بخشد. با این حال، موتورهای جارودار برای کارهای ساده و پراکنده مانند مکانیسم اسباب‌بازی یا عملگرهای پایه‌ای، همچنان از نظر هزینه مزیت دارند.
هنگامی که موتورهای کوچک مستقیم‌الجریان به‌درستی با نیازهای سیستم خود (مانند ۳ ولت، ۵ ولت یا ۱۲ ولت) تطبیق داده می‌شوند، تمایل به هدررفت انرژی کمتری دارند در حالی که عملکرد گشتاور خود را حفظ می‌کنند. این تفاوت می‌تواند قابل توجه باشد — برخی مطالعات نشان می‌دهند که با تطابق صحیح، حدود ۲۰٪ انرژی کمتری هدر می‌رود. امروزه بسیاری از طراحی‌های مدرن از کنترل‌کننده‌هایی به نام PWM استفاده می‌کنند که اساساً به آنها اجازه می‌دهند سرعت موتور را بدون از دست دادن بازده کنترل کنند. این بدین معناست که دستگاه‌هایی مانند تلفن‌های هوشمند و سایر وسایل الکترونیکی با یک بار شارژ طولانی‌تری کار می‌کنند. در مقایسه با سیستم‌های قدیمی‌تر با ولتاژ ثابت، عمر باتری اغلب بین ۳۰ تا ۴۰ درصد بهبود می‌یابد. به عنوان مثال فناوری پوشیدنی: اکثر ساعت‌های هوشمند امروزه با این موتورهای بدون جاروبک ۳ ولتی که با PWM کنترل می‌شوند کار می‌کنند و می‌توانند بیش از ۵۰ ساعت با یک باتری کوچک سکه‌ای کار کنند، که با روش‌های سنتی غیرممکن بود.
امروزه موتورهای جریان مستقیم بدون جاروبک یا BLDC در بیشتر کاربردهای کم‌توان جایگزین شده‌اند، زیرا با راندمانی حدود ۸۵ تا ۹۲ درصد کار می‌کنند. این مقدار در واقع حدود ۲۵ درصد بهتر از موتورهای سنتی جاروبک‌دار است و آنها را برای تولیدکنندگان بسیار جذاب کرده است. کاهش تولید گرما به‌ویژه در الکترونیک‌های دربسته مانند حسگرهای خانه هوشمند اهمیت زیادی دارد. حتی کاهش دمای داخلی این دستگاه‌ها تنها به میزان یک درجه سانتی‌گراد می‌تواند طبق آزمایش‌های میدانی، عمر قطعات را دو برابر کند. آنچه واقعاً جالب است، بهبودهای اخیر در فناوری آهنرباهای نادر است که امکان تولید مشخصات چشمگیری را توسط موتورهای BLDC پنج ولتی فراهم کرده است؛ مثلاً گشتاور ۱۵/۰ نیوتن متر در حالی که با ۲۰ هزار دور در دقیقه می‌چرخند. این سطح از عملکرد، نیاز رو به رشد در بخش‌های مختلف از جمله تجهیزات پزشکی و سخت‌افزار اینترنت اشیاء (IoT) را برآورده می‌کند که در آن موتورهای کوچک اما قدرتمند به‌طور فزاینده‌ای ضروری می‌شوند.
سه نوآوری در حال تغییر فناوری موتورهای کوچک مستقیم‌الجریان هستند:
گرایش به سمت موتورهای ماژولار مجهز به سنسور با پیش‌بینی‌های صنعتی که رشد سالانه ۱۷ درصدی استفاده از موتورهای بی‌دی‌سی (BLDC) در الکترونیک مصرفی تا سال ۲۰۲۸ را نشان می‌دهد.
اخبار داغکپی رایت © 2025 توسط شرکت چانگوی ترانسمیشن (جیانگسو) کو، لمیتد — سیاست حریم خصوصی
EN
