Động cơ DC không chổi than (BLDC) mô-men xoắn cao được sử dụng rộng rãi trong các ngành đòi hỏi điều khiển chuyển động mạnh mẽ, hiệu quả và chính xác. Các ứng dụng chính bao gồm:
Động cơ kéo trong ô tô điện, xe đạp và xe tay ga.
Mô-men xoắn khởi động cao cho khả năng tăng tốc nhanh và leo dốc.
Phanh tái sinh cải thiện hiệu quả năng lượng.
Cánh tay robot và máy CNC yêu cầu điều khiển mô-men xoắn chính xác.
Băng tải và thiết bị truyền động hạng nặng để xử lý vật liệu.
Máy đóng gói với nhu cầu mô-men xoắn không liên tục cao.
Hệ thống đẩy Drone (tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng cao).
Thiết bị truyền động trong máy bay (ví dụ: thiết bị hạ cánh, bề mặt điều khiển chuyến bay).
Xe quân sự để vận hành êm ái và hiệu quả.
Bộ xương ngoài và chân tay giả cần chuyển động êm ái, mô-men xoắn cao.
Robot phẫu thuật đòi hỏi độ chính xác và độ tin cậy.
Máy giặt (mô-men xoắn cao cho chu kỳ quay).
Máy nén tủ lạnh (hoạt động có tốc độ thay đổi hiệu quả).
Máy bơm và quạt công nghiệp (bộ truyền động mô-men xoắn cao tiết kiệm năng lượng).
Kết hợp khe cực: Số cực cao hơn (ví dụ: 8–16 cực) cải thiện mật độ mô-men xoắn nhưng có thể làm giảm tốc độ tối đa.
Cấu hình cuộn dây: Cuộn dây tập trung (vòng cuối ngắn hơn) giảm tổn thất đồng và tăng cường mô-men xoắn.
Loại nam châm:
• Neodymium (NdFeB): Mật độ năng lượng cao nhất cho các thiết kế nhỏ gọn.
• Samarium Cobalt (SmCo): Độ ổn định nhiệt tốt hơn cho các ứng dụng nhiệt độ cao.
Làm mát bằng chất lỏng (đối với xe điện và động cơ công nghiệp) hoặc làm mát không khí cưỡng bức.
Cảm biến nhiệt (ví dụ: PTC/NTC) để theo dõi nhiệt độ theo thời gian thực.
Cán stato được tối ưu hóa để giảm thiểu tổn thất do dòng điện xoáy.
Vật liệu lõi Stator: Các lớp thép silicon làm giảm tổn thất trễ.
Cấu trúc cánh quạt:
• PM gắn trên bề mặt (SPM): Đơn giản hơn nhưng bị hạn chế bởi lực ly tâm.
• Bên trong PM (IPM): Độ bền cơ học cao hơn cho tốc độ cực cao.
Lựa chọn trục & vòng bi: Vòng bi chịu tải cao (ví dụ: vòng bi gốm lai) cho tuổi thọ cao.
Kiểm soát không cảm biến và kiểm soát cảm biến:
• Cảm biến hiệu ứng Hall mang lại khả năng chuyển mạch chính xác nhưng lại tăng thêm chi phí.
• Sensorless FOC (Điều khiển theo trường) giảm thiểu các thành phần nhưng yêu cầu các thuật toán nâng cao.
Biến tần dòng điện cao: Ổ đĩa dựa trên MOSFET/IGBT có bảo vệ quá dòng.
Phanh tái sinh: Phục hồi năng lượng trong quá trình giảm tốc (quan trọng đối với xe điện).
Giảm mô-men xoắn: Nam châm lệch hoặc cuộn dây có khe phân đoạn.
Giảm thiểu gợn sóng mô-men xoắn: Kỹ thuật PLC nâng cao (ví dụ: giao hoán hình sin).
Vật liệu nhẹ: Vỏ nhôm hoặc cánh quạt composite cho xe điện/máy bay không người lái.
Yêu cầu: Mô-men xoắn cực đại 50 N·m, 96V, 3000 RPM.
Lựa chọn thiết kế:
• Rôto IPM 12 cực đảm bảo độ bền cơ học.
• Stator làm mát bằng chất lỏng để chịu tải cao liên tục.
• FOC không cảm biến mang lại hiệu quả chi phí và độ tin cậy.
• Mạch phanh tái tạo giúp kéo dài tuổi thọ pin.
Động cơ tích hợp: Thiết kế thống nhất nhỏ gọn (ví dụ: động cơ "trong bánh" dành cho xe điện).
Bảo trì dự đoán dựa trên AI: Phân tích độ rung/nhiệt để ngăn ngừa hư hỏng.
Chất siêu dẫn nhiệt độ cao (HTS): Tiềm năng cho mật độ mô-men xoắn cực cao.
Động cơ BLDC mô-men xoắn cao rất quan trọng đối với ứng dụng hiệu suất cao hiện đại, cân bằng mật độ năng lượng, hiệu quả và tính linh hoạt trong điều khiển. Thiết kế điện từ, nhiệt và cơ học phù hợp đảm bảo độ tin cậy trong môi trường đòi hỏi khắt khe. Những tiến bộ về vật liệu, làm mát và thuật toán điều khiển sẽ mở rộng hơn nữa khả năng của chúng.
