Perché gli utensili elettrici (come trapani a mano, smerigliatrici angolari, ecc.) utilizzano generalmente motori a spazzole anziché motori brushless? Se vuoi capire, questo non è davvero chiaro in una o due frasi.
I motori DC si dividono in motori brushed e motori brushless. Il "pennello" menzionato qui si riferisce alle spazzole di carbone. Che aspetto ha la spazzola di carbone?
Perché i motori DC hanno bisogno di spazzole di carbone? Qual è la differenza tra avere spazzole di carbone e non avere spazzole di carbone? Andiamo avanti!
Principio del motore a spazzole DC
Come mostrato nella Figura 1, questo è un diagramma del modello strutturale di un motore a spazzole DC. Due magneti eterosessuali fissi, una bobina è posta al centro e le due estremità della bobina sono collegate rispettivamente a due anelli di rame semicircolari. Le due estremità dell'anello di rame sono a contatto con le spazzole di carbone fisse, quindi le due estremità delle spazzole di carbone sono rispettivamente collegate all'alimentazione CC.
Dopo il collegamento all'alimentazione, la corrente è indicata dalla freccia nella Figura 1. Secondo la regola della mano sinistra, la bobina gialla è soggetta a una forza elettromagnetica verticalmente verso l'alto; la bobina blu è soggetta a una forza elettromagnetica verticale verso il basso. Il rotore del motore inizia a ruotare in senso orario, dopo aver ruotato di 90 gradi, come mostrato nella Figura 2:
In questo momento, la spazzola di carbone si trova proprio nello spazio tra i due anelli di rame e l'intero anello della bobina non ha corrente. Tuttavia, sotto l'azione dell'inerzia, il rotore continua a ruotare.
Quando il rotore gira nella posizione di cui sopra sotto l'azione dell'inerzia, la corrente della bobina è mostrata nella Figura 3. Secondo la regola della mano sinistra, la bobina blu è soggetta a una forza elettromagnetica verticalmente verso l'alto; la bobina gialla è soggetta a una forza elettromagnetica verticale verso il basso. Il rotore del motore continua a ruotare in senso orario, dopo aver ruotato di 90 gradi, come mostrato nella Figura 4:
In questo momento, la spazzola di carbone si trova proprio nello spazio tra i due anelli di rame e l'intero anello della bobina non ha corrente. Tuttavia, sotto l'azione dell'inerzia, il rotore continua a ruotare. Quindi ripetere i passaggi precedenti e il ciclo continua.
Motore DC senza spazzole
Come mostrato nella Figura 5, questo è un diagramma del modello strutturale di un motore DC brushless. È composto da uno statore e da un rotore, in cui è presente una coppia di poli magnetici sul rotore; ci sono molti gruppi di bobine avvolte sullo statore e ci sono 6 gruppi di bobine nella figura.
Quando passiamo corrente alle bobine dello statore 2 e 5, le bobine 2 e 5 genereranno un campo magnetico e lo statore è equivalente a un magnete a barra, dove 2 è il polo S (sud) e 5 è il polo N (nord) palo. Poiché i poli magnetici dello stesso sesso si attraggono, il polo N del rotore ruoterà nella posizione della bobina 2 e il polo S del rotore ruoterà nella posizione della bobina 5, come mostrato nella Figura 6.
Quindi rimuoviamo la corrente della bobina dello statore 2,5, quindi passiamo la corrente alla bobina dello statore 3,6. A questo punto, le bobine 3 e 6 genereranno un campo magnetico e lo statore è equivalente a un magnete a barra, in cui 3 è il polo S (sud) e 6 è il polo N (nord). Poiché i poli magnetici dello stesso sesso si attraggono, il polo N del rotore ruoterà nella posizione della bobina 3 e il polo S del rotore ruoterà nella posizione della bobina 6, come mostrato nella Figura 7.
Allo stesso modo, la corrente delle bobine di statore 3 e 6 viene rimossa, quindi le bobine di statore 4 e 1 vengono alimentate con corrente. A questo punto, le bobine 4 e 1 genereranno un campo magnetico e lo statore è equivalente a un magnete a barra, dove 4 è il polo S (sud) e 1 è il polo N (nord). Poiché i poli magnetici opposti si attraggono, il polo N del rotore ruoterà nella posizione della bobina 4 e il polo S del rotore ruoterà nella posizione della bobina 1.
Finora il motore ha ruotato di mezzo cerchio... il secondo semicerchio è lo stesso del principio precedente, quindi non lo ripeterò qui. Possiamo semplicemente interpretare il motore CC senza spazzole come pescare una carota davanti a un asino, in modo che l'asino si muova sempre verso la carota.
Quindi, come possiamo alimentare correnti accurate a bobine diverse in momenti diversi? Ciò richiede un circuito di commutazione di corrente... Non entrerò nei dettagli qui.
Confronto di vantaggi e svantaggi
Motore DC spazzolato: avvio rapido, frenata tempestiva, regolazione regolare della velocità, controllo semplice, struttura semplice e prezzo economico. Il punto è economico! prezzo basso! prezzo basso! Inoltre, ha una grande corrente di avviamento, una grande coppia (forza di rotazione) a basse velocità e può trasportare un carico pesante.
Tuttavia, a causa dell'attrito tra la spazzola di carbone e il commutatore, il motore CC con spazzole è soggetto a scintille, calore, rumore, interferenze elettromagnetiche nell'ambiente esterno e ha una bassa efficienza e una breve durata. Poiché le spazzole di carbone sono materiali di consumo, sono soggette a guasti e devono essere sostituite dopo un certo periodo di tempo.
Motore brushless DC: poiché il motore brushless DC elimina la spazzola di carbone, ha basso rumore, nessuna manutenzione, basso tasso di guasto, lunga durata e il tempo di funzionamento e la tensione sono relativamente stabili e l'interferenza alle apparecchiature radio è ridotta. Ma è costoso! Costoso! Costoso!
Gli utensili elettrici sono strumenti molto usati nella vita quotidiana. Ci sono molti tipi di marchi e una forte concorrenza. Tutti sono molto sensibili al prezzo. Inoltre, gli utensili elettrici devono trasportare un carico pesante e devono avere una coppia di avviamento elevata, come trapani elettrici a mano e trapani a percussione. Altrimenti, durante la perforazione, il motore non riesce facilmente a funzionare perché la punta del trapano è bloccata.
Immagina, un motore CC con spazzole è economico, ha una coppia di spunto elevata e può trasportare carichi pesanti; sebbene un motore brushless abbia un basso tasso di guasti e una lunga durata, è costoso e la sua coppia di spunto è di gran lunga inferiore a un motore a spazzole. Se potessi scegliere, come sceglieresti? Penso che la risposta sia ovvia.
