DC elektrik motorları, modern dünyanın büyük ölçüde güvendiği en önemli icatlardan bazılarıdır. Bu motorlar ev aletlerinde, elektrikli aletlerde, dronlarda, PC soğutma sistemlerinde, robotlarda ve elektrikli araçlarda kullanılmaktadır.
Günümüzde kullanılan en yaygın DC elektrik motorlarından ikisi fırçalı ve fırçasız DC motorlardır. Her iki motor da mekanik dönüşler sağlamak için elektromanyetizma kullanma konusunda aynı temel fikre sahiptir. Ancak farklı tasarım konseptleri ile fırçalı ve fırçasız motorların performans, maliyet ve bakım açısından farklılıkları olması zorunludur.
Peki hangi motor tasarımı daha iyi - fırçalı mı yoksa fırçasız mı?
DC Elektrik Motoru Nasıl Çalışır?
Elektrik motorları elektriği mekanik enerjiye dönüştürür. Bunu, elektriğin bakır sargılardan geçmesine izin vererek, bir elektromanyetik alan oluşturarak yaparlar. motorun içindeki kalıcı mıknatısları uyaran, rotorun hareket etmesine ve mekanik üretmesine neden olan enerji.
Hem fırçalı hem de fırçasız motorlar, elektriği mekanik enerjiye dönüştürmek için aynı amaca sahip olsalar da tasarımları farklıdır. Farklarını anlamak için fırçalı motordan başlayarak motor tasarımından bahsedelim.
Fırçalı Motor Tasarımı
Fırçalı motorlar şimdiye kadar bir asırdan fazla bir süredir üretilmektedir. Motora güç sağlamak için bir çift karbon fırça kullanan basit bir tasarıma sahip oldukları bilinmektedir. Fırçalı motorlarda her zaman dört ana parça bulunur, bunlar:
- Stator: Motorun sabit kısmı. Rotoru hareket ettiren kalıcı mıknatısları içerir.
- Rotor: Motorun dönen kısmı. Güç verildiğinde bakır bobini elektromanyetik yapan bir bakır bobin içerir.
- komütatör: Rotorun her yarım dönüşünde polariteyi tersine çevirerek rotorun dönmeye devam etmesini sağlayan metal bir halka.
- Fırçalar: Güç kaynağının terminallerine doğrudan bağlı karbondan yapılmış sabit bir parça. Gücü, daha sonra rotoru harekete geçiren komütatör halkasına iletirler.
Fırçalı bir motor, hem rotorun hem de komütatörün dönmesine izin verirken motora elektrik sağlamak için fırçalar kullanır. Rotor, çalıştırıldığında temelde bir elektromıknatısa dönüşen bakır sargılardan oluşur.
Peki iki mıknatıs birbirine yaklaşırsa ne olur?
Peki, manyetik kutupların hizasına bağlı olarak, birbirlerini çekecek veya iteceklerdir. Fırçalı motorun amacı, motoru döndürmek için çekim ve itme kullanmaktır. Burası bir komütatörün kullanışlı hale geldiği yerdir.
Bir komütatör, rotorun manyetik kutbunu her 180 derecede bir değiştiren rotorun merkezindeki metalik bir halkadır. Bu, rotorun manyetik kutbunun her zaman statorun aynı manyetik kutbuyla aynı hizada olmasını ve itmeye neden olmasını sağlar.
Sonuç? Sürekli mekanik rotasyonlar yeterli güce sahiptir blenderinize (veya fırçalanmış motor kullanan herhangi bir şeye) güç vermek için.
Fırçasız Motor Tasarımı
Fırçasız motorlar, 1980'lerde transistörlerin elektronikte daha yaygın hale gelmesiyle popülerlik kazanmaya başladı. Hazır bulunması katı hal bileşenleri Elektrikli el aletleri, ev aletleri ve elektronik için fırçasız motorların yapılmasında büyük rol oynadı. Karmaşık ancak verimli tasarımları, fırçasız motorlara fırçalı emsallerinden daha fazla tork verir.
Fırçasız motor tasarımı birkaç temel parça kullanır. Şunları içerirler:
- Stator: Motorun sabit kısmı. Güç verildiğinde aktif bir mıknatıs haline gelen birkaç bakır bobin içerir.
- Rotor: Motorun dönen kısmı. Bu, stator ve rotor arasındaki elektromanyetik alan nedeniyle dönen kalıcı mıknatısları içerir.
- Hall Etkisi Sensörü: Hangi bobinlere enerji verildiğini ve hangi bobinlere enerji verilmediğini algılayan bir sensör.
- Kontrol devresi: Stator içindeki hangi bobinlere enerji verileceğine karar vermek için tasarlanmış bir elektronik devre.
Adından da anlaşılacağı gibi, fırçasız motorlar, motora güç sağlamak için fırça kullanmazlar. Fırçasız motorlarda da akım taşıyan komütatör yoktur. Bunun yerine, stator ve rotorun karşıt manyetik kutuplarının her zaman aynı hizada olmasını sağlamak için bir hall etkisi sensörü ve bir kontrol devresi kullanır. Farklı bulacağınız başka bir şey, rotorun kalıcı mıknatısları barındırırken, statorun bakır sargıları barındırmasıdır.
Fırçasız bir motor temelde fırçalı bir motorla aynı şekilde çalışır: rotoru hareket ettirmek için manyetik kutuplardaki farklılıkları kullanmak, dönüş ve tork yaratmak.
Fakat fırçalar ve komütatörler olmadan bakır sargılar nasıl güç elde edebilir?
Basit, bakır sargıları sabit hale getiriyorsunuz. Bobinlere doğrudan kablolarla güç verebildiğiniz için, sabit bakır sargılarla artık fırçalara gerek yoktur.
Komütatörlere gelince, fırçasız bir motor bir hall efekt sensörü ve bir kontrol devresi kullanır. Hall sensörü, statorun bakır sargılarının yanına yerleştirilmiş düz dairesel bir sensördür. Stator birkaç bobin içerdiğinden, hall sensörü bu bobinlerden birinin enerjili olup olmadığını algılayabilir.
Sketchup kullanılarak yapılmıştır
Sensör daha sonra okumasını kontrol devresine verir ve hangi bobinlere enerji verileceğine karar verir. Dolayısıyla, rotorun kalıcı mıknatısları, çeken manyetik kutuplara yaklaşırsa, kontrol devresi bu bobinlere enerji vermeyi durduracak ve rotorun kalıcı mıknatıslarını çeken bir sonraki bobine enerji verecektir. Kontrol devresi ayrıca bobinlere kalıcı mıknatıslardan önce enerji vererek itmeye neden olacak ve dönüşe daha da fazla tork ekleyecektir.
Fırçalı ve Fırçasız Motorların Artıları ve Eksileri
Motor tasarımındaki farklılıklar ile hem fırçalı hem de fırçasız motorların artıları ve eksileri olacaktır. Güçlü ve zayıf yönlerini anlamanıza yardımcı olacak bir tablo:
| Fırçalı Motor | fırçasız motor | |
|---|---|---|
| Ömür | Kısa | Uzun |
| Hızlanma | Orta | Yüksek |
| Yeterlik | Orta | Yüksek |
| tork | Orta | Yüksek |
| Akustik | Gürültülü | Sessizlik |
| Maliyet | Ucuz | Pahalı (kontrol devresi ile) |
Fırçalı veya Fırçasız Motorlu Donanım Satın Almalı mıyım?
Tabloda da görebileceğiniz gibi, fırçasız motorlar her yönden (maliyet hariç) fırçalı muadillerine göre daha iyidir. Daha yüksek tork, daha hızlı hızlanma, daha düşük gürültü ve daha yüksek verimlilik sağlarlar ve daha dayanıklıdırlar.
Bu nedenle, yeni bir elektrikli alet, mutfak aleti, drone veya motora ihtiyaç duyan herhangi bir şey satın alma şansınız olduğunda, fırçasız motorlu öğeleri seçmek genellikle daha iyi bir seçenektir.
Peki fırçalı motorların modası geçmeli mi?
Hayır. Özellikle fırçasız bir motor (artı kontrol devresi), fırçalı motor kullanan bir parçadan çok daha pahalıya mal olacağı için. Fırçasız motor, fırçalı motordan daha iyi olsa da, fırçalı motorun kötü olduğu anlamına gelmez. Aslında, fırçalanmış bir motor çok iyidir. İnsanların fırçasız bir motorla yaptığı gibi, fırçalı bir motorla aynı görevleri gerçekleştirebilirsiniz.
Genel olarak fırçasız motorlar, alet ve ekipmanlarınızın içindeki ideal motorlardır. Ancak bunun yerine fırçalanmış motorları kullanmak isteyebileceğiniz durumlar da vardır. Bu durumlar şunları içerecektir:
- Motor anlık kısa süreli patlamalarda kullanıldığında (örn. blender, elektrikli koltuklar ve ön cam silecekleri)
- Bir alet/cihaz yılda yalnızca birkaç kez kullanışlı hale geldiğinde
- Görev fazla tork gerektirmediğinde (ör. oyuncaklar, havalandırma delikleri)
- Aşırı çalışma koşullarında. Fırçalı motorlar, aşırı hava koşullarında arızalanabilecek sensörlere veya kontrol devrelerine ihtiyaç duymaz.
Akıllı Satın Alma İşlemleri
Artık fırçalı ve fırçasız motorlar arasındaki farkı anladığınıza göre, mutfak aletleri, aletler ve ekipman satın alırken akıllıca bir satın alma yapmanızı kolaylaştıracağını umuyoruz. Bu, aynı markadan gelmelerine, aynı özelliklere sahip olmalarına ve aynı form faktörünü kullanmalarına rağmen bazı ürünlerin neden benzerlerinden daha pahalı olduğunu da açıklamalıdır. Unutmayın, fırçasız bir motor kullanarak birinci sınıf bir ürün satın alabilmeniz, her zaman satın alınacak akıllıca bir şey olduğu anlamına gelmez.
