Kleine gelijkstroommotoren nemen gelijkstroom en zetten deze om in nauwkeurige mechanische beweging door gebruik te maken van elektromagnetische krachten. Wat er in feite gebeurt, is het volgende: wanneer stroom door de ankerwikkeling binnenin de motor loopt, komt deze in aanraking met een magnetisch veld, waardoor de draaiende beweging ontstaat die we allemaal kennen en waarderen. Deze kleine krachtpatsers zijn ideaal voor situaties waarbij ruimte beperkt is en het koppel precies goed moet zijn, wat verklaart waarom ze overal opduiken, van smartphones tot de minuscule pompen in ziekenhuisapparatuur. Een recente blik op industriële bewegingssystemen uit begin 2024 suggereert dat deze motoren ongeveer 90% efficiëntie kunnen bereiken bij niet al te zware belasting, voornamelijk omdat er bij lichtere belasting weinig wrijving is die in de weg zit.
Vier cruciale onderdelen bepalen de werking van een kleine gelijkstroommotor:
In tegenstelling tot grotere motoren gebruiken kleine gelijkstroommotoren lichtgewicht materialen zoals neodymiummagneten en koolborstels voor duurzaamheid. Zoals benadrukt in richtlijnen voor motorontwerp , zijn deze onderdelen geoptimaliseerd voor verminderde warmteafvoer, waardoor continu gebruik in beperkte ruimtes mogelijk is.
Als het gaat om kleine gelijkstroommotoren, richten ze zich meestal meer op het comprimeren van vermogen in kleine ruimtes dan op het produceren van enorme hoeveelheden koppel. Neem bijvoorbeeld een standaard 12-voltmotor met een vermogen van ongeveer 3 tot misschien 50 watt; deze kleine motortjes draaien doorgaans met ongeveer 15 tot 200 omwentelingen per minuut. Vergelijk dat met industriële motoren, die veel meer vermogen aankunnen, vaak meer dan 1 kilowatt, maar grote koelsystemen nodig hebben om oververhitting te voorkomen. Wat kleine motoren zo bruikbaar maakt, is hun compacte vorm. Ze hebben geen extra onderdelen nodig zoals externe ventilatoren, die grotere motoren wel vereisen, en daarom houden ingenieurs ervan om ze in allerlei apparatuur te plaatsen waar ruimte beperkt is. Volgens een onderzoek dat vorig jaar werd gepubliceerd in een elektromechanisch tijdschrift, lopen deze kleinere motoren ongeveer 40 procent stiller dan hun grotere tegenhangers. Deze stille werking is erg belangrijk in toepassingen zoals medische apparatuur of consumentenelektronica, waar niemand last wil hebben van vervelende brommende geluiden van hun apparaten.
Kleine gelijkstroommotoren werken door elektriciteit om te zetten in daadwerkelijke beweging, gebaseerd op zogenaamde lorentzkrachten. Kort gezegd: wanneer elektriciteit door de koperdraden binnenin de motor loopt (wij noemen dit ankerringwikkelingen), ontstaat er een magnetisch veld. Dit veld wisselwerkt vervolgens met de permanente magneten die aan de buitenkant van het motorgeval zijn bevestigd. Wat er daarna gebeurt is vrij cool – de magnetische velden duwen tegen elkaar, waardoor koppel wordt opgewekt dat de motoras doet draaien, loodrecht op de richting waarin de elektriciteit stroomt en op de richting van de magnetische veldlijnen. Om alles soepel rond te laten blijven draaien, wordt de elektriciteit overgedragen via koolborstels naar een onderdeel dat we de commutator noemen. Dit onderdeel schakelt de stroom naar verschillende delen van de ankerringwikkeling, zodat de motor blijft doordraaien in plaats van na één omwenteling te stoppen.
Het commutator-borstelsysteem vervult twee cruciale functies:
Zonder deze gesynchroniseerde schakeling zouden kleine gelijkstroommotoren vastlopen na een gedeeltelijke rotatie. Recente elektrodynamica-onderzoeken tonen aan dat geoptimaliseerde commutatorontwerpen vonkvorming met 40% verminderen, wat de levensduur van borstels in 12V-toepassingen verlengt.
Belangrijke relaties bepalen de prestaties van kleine gelijkstroommotoren:
| Parameter | Gevolgen op de prestaties | Ontwerpoverweging |
|---|---|---|
| Spanning (6-24V) | Direct evenredig met lege-snelheid | Thermische limieten bij hogere spanningen |
| Stroom | Bepaalt het koppel (T = kΦI) | Draaddikte en borstelmateriaal |
| Magnetische vloei | Heeft invloed op zowel koppel als tegen-EMK | Keuze van magneetkwaliteit |
Kernloze kleine gelijkstroommotoren bereiken snelheden van meer dan 10.000 tpm met minimale trillingen, terwijl planetair versnellingsmotoren snelheid inruilen voor een 15-voudige toename van het koppel. Efficiënte ontwerpen behouden >80% energieomzetting over hun hele werkingsbereik.
Kleine geborstelde gelijkstroommotoren werken met koolborstels en commutatoren om elektrische verbindingen te maken. Ze zijn ogenschijnlijk vrij eenvoudig en goedkoop, wat verklaart waarom ze voorkomen in dingen als wasmachines en die overal verspreide snackautomaten. Maar er zit een addertje onder het gras. De borstels slijten namelijk na verloop van tijd, waardoor deze motoren regelmatig gecontroleerd moeten worden en onderhoud nodig hebben. Dat beperkt aanzienlijk hoe lang ze meegaan voordat ze volledig uitvallen. Aan de andere kant gebruiken borstelloze gelijkstroommotoren, ook wel BLDC's genoemd, geen mechanische onderdelen meer, maar elektronische commutatie. Geen wrijving betekent dat deze motoren veel efficiënter kunnen draaien, soms tot ongeveer 90% efficiency. Fabrikanten van medische apparatuur houden van deze motoren omdat ze duizenden uren achtereen kunnen blijven draaien zonder te bezwijken. Sommige exemplaren hebben al meer dan 10.000 uur gedraaid en presteren nog steeds uitstekend.
Het integreren van planetaire of spurwielen met kleine gelijkstroommotoren verhoogt het koppel terwijl de compacte afmetingen behouden blijven. Gekoppelde motoren die tot 2,5 Nm koppel leveren, zijn ideaal voor autoraamregelaars, industriële actuatoren en robotica waar plaatsbesparende beweging met hoge kracht cruciaal is.
Kernloze ontwerpen verwijderen de ijzeren kern uit de rotor, waardoor de traagheid met 50% wordt verminderd voor snelle start-stopcycli in drones en prothesen. Pannenkoekmotoren met platte ankergroepen bereiken een dikte van minder dan 15 mm, waardoor integratie mogelijk is in draagbare apparaten en miniatuurzenders.
Bij het werken met kleine gelijkstroommotoren moet de spanningswaarde overeenkomen met de stroombron waarmee ze worden verbonden. De meeste commerciële modellen functioneren het beste tussen 6 volt en 24 volt. Als we te veel spanning door deze motoren laten lopen, warmen ze vrij snel oververhit op. Aan de andere kant worden ze zwakker wanneer ze onder hun minimale spanning draaien, omdat ze dan niet genoeg koppel kunnen produceren. De hoeveelheid stroom die de motor trekt, hangt direct af van de belasting. Grotere belasting betekent meer stroom door het systeem, wat logischerwijs zowel het energieverbruik als de warmteproductie verhoogt. Laten we kijken naar een paar cijfers voor duidelijkheid: neem een standaard 12-volt motor die ongeveer 1,6 ampère trekt, dat levert ons ruwweg 19,2 watt aan vermogen op. Het begrijpen van deze specificaties helpt ingenieurs om de juiste motor voor de taak te kiezen. Een kleine motor kan eenvoudige apparaten of speelgoed aankunnen, maar voor fabrieksmachines is iets groters nodig, waar continu gebruik het belangrijkst is.
De efficiëntie van kleine gelijkstroommotoren ligt over het algemeen tussen de 70 en 90 procent, hoewel dit kan variëren afhankelijk van diverse factoren zoals wrijving binnen de motor, weerstand in de wikkelingen en verliezen door magnetische velden. Wanneer deze motoren ononderbroken draaien bij temperaturen boven de 60 graden Celsius (ongeveer 140 Fahrenheit), bestaat er een reëel gevaar dat de isolatie uitvalt of dat permanente magneten hun kracht verliezen. Goed thermisch beheer maakt hierin een groot verschil. Maatregelen zoals een speciaal ontworpen behuizing die helpt bij warmteafvoer of eenvoudigweg het verbeteren van de luchtstroom rond de motor kunnen aanzienlijk verlengen hoe lang de motor meegaat voordat vervanging nodig is. Borstelloze versies van deze motoren genereren daadwerkelijk minder warmte omdat ze niet last hebben van die vervelende borstels die wrijving veroorzaken. Voor toepassingen waar betrouwbaarheid het belangrijkst is, zoals in medische apparatuur, gaan borstelloze modellen vaak meer dan 5.000 uur continu werken zonder problemen.
Kleine geborstelde gelijkstroommotoren lopen over het algemeen ongeveer 1.000 tot 3.000 bedrijfsuren voordat de borstels beginnen te slijten, terwijl hun borstelloze tegenhangers gemakkelijk meer dan 10.000 uur kunnen halen. Wanneer deze motoren worden geïnstalleerd op plaatsen met veel stof in de lucht of hoge vochtigheidsniveaus, profiteren ze sterk van gesloten lagers en onderdelen gemaakt van materialen die bestand zijn tegen roest en achteruitgang. Om ze soepel draaiend te houden is ook enige basisonderhoud nodig. Regelmatig de commutatoroppervlakken schoonmaken en ervoor zorgen dat alle bewegende delen goed gesmeerd blijven, draagt veel bij aan het voorkomen van onverwachte storingen in geautomatiseerde productielijnen. Voor voertuigen en ander transportmateriaal geven fabrikanten vaak motoren met een IP54-behuizing specificeren. Dit betekent dat ze spatwater en vuil kunnen verdragen zonder dat vocht naar binnen dringt, wat voldoet aan de meeste eisen van fabrikanten voor betrouwbare werking onder zware omstandigheden.
We zijn afhankelijk van kleine gelijkstroommotoren voor allerlei alledaagse voorwerpen zonder het ons te realiseren. Denk aan de trilfunctie in onze telefoons bij meldingen, de ronddraaiende koppen van elektrische tandenborstels of de kleine ventilatoren die ons koel houden op warme zomerdagen. Wat maakt deze motoren zo goed? Ze zijn klein genoeg om in handapparaten te passen, maar toch efficiënt genoeg om op batterijen te draaien. Voor iets complex als een drone helpen deze miniatuurmotoren alles in balans te houden tijdens het vliegen, terwijl ze de camera soepel van links naar rechts laten bewegen. Dezelfde technologie drijft de gimbal-systemen aan waar fotografen zo dol op zijn. Best indrukwekkend, gezien hoe klein ze eigenlijk zijn!
De medische sector is tegenwoordig sterk afhankelijk van die kleine gelijkstroommotoren die allerlei essentiële apparatuur aandrijven, variërend van insulinegeversystemen tot robotchirurgische instrumenten en zelfs verstelbare tafels in MRI-kamers. Deze kleine motoren kunnen een constante vermogensafgifte behouden, zelfs bij lage snelheid, wat cruciaal is om de juiste dosis medicatie via infusieleidingen te geven. De borstelloze versies zijn bijzonder nuttig omdat ze weinig elektrische ruis veroorzaken die andere gevoelige medische apparatuur in de buurt zou kunnen verstoren. Interessant genoeg gebruiken de meeste handbediende diagnostische apparaten vandaag de dag zogenaamde kernloze gelijkstroommotoren. Waarom? Omdat ze zo stil draaien dat patiënten ze nauwelijks merken tijdens tests en onderzoeken.
Tegenwoordig hebben auto's eigenlijk zo'n 30 tot 50 kleine gelijkstroommotoren die stilletjes hun werk doen. Ze zorgen voor allerlei dingen die we vanzelfsprekend vinden, zoals het bedienen van elektrische raampjes, het onthouden van de stand van de stoelen en het regelen van de luchtroosters in het verwarmingssysteem. De nieuwere toepassingen worden echter nog interessanter. Fabrikanten gebruiken nu borstelloze gelijkstroommotoren in geavanceerde rijhulpsystemen voor zaken als het correct uitlijnen van radar en het automatisch inklappen van spiegels bij het parkeren. Deze kleine krachtpatsers kunnen ook behoorlijk extreme temperaturen doorstaan en werken betrouwbaar, of het nu vriest bij min 40 graden Celsius of bloedheet is tot 150 graden. Deze duurzaamheid maakt ze perfect voor gebruik in alle weersomstandigheden zonder dat ze het begeven.
Kleine gelijkstroommotoren drijven alles aan, van die chique industriële pick-and-place robots tot eenvoudige Arduino-bouwprojecten. Sommige van deze kleine motortjes kunnen zelfs heel miniem zijn, met modellen die in een ruimte van slechts 6 mm passen. Als het erom gaat werk te verrichten, verhogen versie met versnelling de koppelkracht ongeveer 200 keer, wat betekent dat ze gemakkelijk gewichten van ongeveer 5 kg kunnen optillen met robotarmen. Dan zijn er nog de pannenkoekmotoren die supersnel draaien en toeren van 10.000 RPM bereiken bij toepassingen zoals PCB-boren. De meeste open-source robotplatforms worden nu geleverd met modulaire gelijkstroommotoropties met standaard bevestigingspunten. Dit heeft zeker het tempo opgevoerd voor zowel hobbyisten als professionals. Prototypen kost ongeveer 40% minder tijd dan vroeger wanneer deze genormaliseerde componenten worden gebruikt in plaats van telkens opnieuw maatwerkoplossingen te bouwen
Hot NewsAuteursrecht © 2025 door Changwei Transmission (Jiangsu) Co., Ltd — Privacybeleid
EN
