Động cơ DC không chổi than siêu nhỏ (BLDC) rất cần thiết trong các ứng dụng đòi hỏi kích thước nhỏ gọn, hiệu quả cao và điều khiển chính xác. Trong số này, động cơ BLDC không lõi nổi bật nhờ thiết kế cánh quạt độc đáo, loại bỏ lõi sắt truyền thống, giảm quán tính và cải thiện khả năng phản hồi. Bài viết này tìm hiểu cấu trúc, lợi ích và ứng dụng của động cơ không chổi than corless, cùng với những cân nhắc về thiết kế chính.
Động cơ BLDC không lõi loại bỏ các lớp sắt khỏi rôto, thay thế chúng bằng một cuộn dây đồng tự hỗ trợ (thường có dạng "chuông" hoặc "đĩa") tương tác trực tiếp với nam châm vĩnh cửu. Thiết kế này loại bỏ tổn thất dòng điện xoáy và mô men xoắn, làm cho những động cơ này trở nên lý tưởng cho các ứng dụng có độ chính xác cao.
Các tính năng chính:
• Không có lõi sắt → Rôto nhẹ hơn, quán tính thấp hơn.
• Vận hành êm ái → Không có mô men xoắn.
• Hiệu suất cao → Giảm tổn thất điện từ.
• Tăng/giảm tốc nhanh → Lý tưởng cho điều khiển chuyển động động.
Việc không có lõi sắt làm giảm quán tính của rôto, cho phép tăng tốc ở mức mili giây, rất quan trọng đối với robot và thiết bị y tế.
Không có tổn thất dòng điện xoáy trong rôto → Hiệu suất lên tới 90%+.
Khả năng tản nhiệt thấp hơn giúp kéo dài tuổi thọ động cơ trong các ứng dụng hoạt động liên tục.
Động cơ BLDC truyền thống gặp mô-men xoắn do lực hút của lõi sắt; thiết kế không lõi loại bỏ điều này, đảm bảo chuyển động không bị rung.
Lý tưởng cho các thiết bị đeo, máy bay không người lái và máy bơm siêu nhỏ có trọng lượng và kích thước rất quan trọng.
Giảm tổn thất sắt dẫn đến hiệu suất nhiễu điện sạch hơn, có lợi cho các ứng dụng y tế và hàng không vũ trụ.
Robot phẫu thuật (định vị dụng cụ chính xác).
Máy bơm insulin & máy thở (hoạt động yên tĩnh, hiệu quả).
Chân tay giả & bộ xương ngoài (nhẹ, mô-men xoắn cao).
Máy bay không người lái siêu nhỏ (tỷ lệ lực đẩy trên trọng lượng cao).
Hệ thống định vị vệ tinh (công suất thấp, độ tin cậy cao).
Cơ chế lấy nét tự động của máy ảnh (điều chỉnh nhanh, im lặng).
Đồng hồ thông minh và thiết bị phản hồi xúc giác (nhỏ gọn, hiệu quả).
Thiết bị đánh bóng móng tay
Cánh tay robot thu nhỏ (gắp và đặt tốc độ cao).
Tự động hóa phòng thí nghiệm (phân phối chất lỏng chính xác).
(1) Kết cấu rôto
Rôto hình chuông: Cuộn dây đồng tự hỗ trợ có cấu trúc nhẹ.
Rôto loại đĩa: Được sử dụng trong động cơ kiểu bánh kếp cho các thiết kế siêu phẳng.
(2) Cấu hình nam châm
Nam châm đất hiếm năng lượng cao (NdFeB hoặc SmCo) cho mô-men xoắn cực đại.
Thiết kế đa cực để cung cấp mô-men xoắn mượt mà hơn.
(3) Lựa chọn vòng bi
Vòng bi cho các ứng dụng tốc độ cao.
Vòng bi bọc ngoài dành cho các thiết kế có độ ồn thấp, nhạy cảm với chi phí.
(4) Điện tử điều khiển & truyền động
FOC không cảm biến (Điều khiển theo trường) để vận hành nhỏ gọn, không cần bảo trì.
Cảm biến hiệu ứng Hall (nếu cần phản hồi vị trí tuyệt đối).
(5) Quản lý nhiệt
Thiết kế cuộn dây hiệu quả để giảm thiểu tổn thất điện trở.
Bầu dẫn nhiệt để tản nhiệt trong các thiết bị kín.
|
Thử thách |
Giải pháp |
|
Mật độ mô-men xoắn thấp hơn (so với BLDC lõi sắt) |
Tối ưu hóa cường độ nam châm và thiết kế cuộn dây |
|
Tính dễ vỡ cơ học (không có giá đỡ bằng sắt) |
Vật liệu epoxy hoặc composite gia cố |
|
Chi phí cao hơn (sản xuất chính xác) |
Sản xuất hàng loạt & cuộn dây tự động |
Động cơ BLDC không lõi cung cấp chưa từng có tốc độ, hiệu quả và độ chính xác trong các ứng dụng chuyển động vi mô. Mặc dù chúng có một số hạn chế về mật độ mô-men xoắn, nhưng những tiến bộ trong vật liệu và chế tạo đang mở rộng việc sử dụng chúng trong y tế, hàng không vũ trụ và điện tử tiêu dùng. Như nhu cầu về động cơ nhỏ hơn, thông minh hơn và hiệu quả hơn phát triển, công nghệ BLDC không lõi sẽ đóng một vai trò then chốt trong các hệ thống chuyển động thế hệ tiếp theo.
