Kapsam
Fırçasız servo motorlar, hem sabit mıknatıslı fırçasız DC motorlar hem de sabit mıknatıslı fırçasız AC motorlar dahil olmak üzere çok çeşitli motor tiplerini içerir. Ayrıca döner veya doğrusal hareket için tasarlanabilirler. Farklı tipleri ne olursa olsun, bazı ortak noktaları vardır: sabit mıknatıs kullanırlar ve üç fazlı motorlardır.
İnşaat
Fırçasız servo motorlar, fırçalı motorlarda bulunan mekanik komütatörü elektronik komütasyon ile değiştirir. Fırçasız servo motorlarda, sabit olan bobinler yerine rotor (dönen bileşen) olarak hareket eden kalıcı mıknatıstır. Servo motorun dönüşü, her bir bobin setindeki akımın büyüklüğünü ve yönünü ayrı ayrı değiştirerek, sabit bobinler tarafından üretilen manyetik alanların yönünü değiştirerek elde edilir. Fırçasız bir servo motorda tipik olarak üç bobin seti vardır, her bobin setine ayrı ayrı belirli bir sırayla enerji verilir ve bu da rotoru hareket halinde tutmak için bir dizi elektromanyetik kuvvet oluşturur. Bu, her bir bobin setine akım sağlamak için 3 güç kablosu gerektirir. Bobinler sabit olduğundan, mekanik komütatörlere ve fırçalara olan ihtiyacı ortadan kaldırarak bunlara doğrudan elektrik bağlantıları kolayca yapılabilir. Fırçasız motorda fırça ve komütatör bulunmaması, fırçalı motorlardaki fırça ve komütatörlerin sürekli hareketli temas nedeniyle aşınmaya açık olması nedeniyle bu cihazı çok dayanıklı hale getirir.
Mekanik komütatörleri olmadığından, fırçasız servo motorlar motorun hızını kontrol etmek için elektronik komütasyon ve geri besleme cihazları gerektirir. Elektronik komütasyon, mekanik komütasyona kıyasla daha yüksek verimliliğe, yüksek enerji tasarrufuna ve daha iyi kontrole sahiptir. Bununla birlikte, mekanik komütatörlerin olmaması nedeniyle çoğu fırçasız servo motor, motor torkunu ve konumunu doğru bir şekilde kontrol etmek için geri besleme cihazlarına ihtiyaç duyar.
Ekonomik kısıtlamalara ve tercih edilen motor hassasiyetine bağlı olarak geri besleme ve komütasyon seviyeleri söz konusu olduğunda farklı seçenekler vardır. Bu, tüketicilerin tercih ettikleri geri besleme seviyelerini ve uygulamalarına uygun elektronik komütasyon türünü seçmelerine olanak tanır. Hall sensörleri ve enkoderler fırçasız servo motorlar için tercih edilen geri bildirimdir, her iki cihaz da tercih edilen komütasyon türünü kullanmak için ayrı ayrı veya birlikte kullanılabilir. Hall sensörleri tek başına yalnızca trapezoidal komütasyon yapabilirken, enkoderler tek başına yalnızca sinüzoidal komütasyon yapabilir. Hall sensörleri ve enkoderlerin birlikte kullanılması, sinüzoidal veya trapezoidal komütasyonun kullanılmasına olanak tanır. Trapezoidal komütasyon fırçasız servo motorlarda standarttır çünkü kolayca uygulanabilir ve maksimum tork sağlamak için mükemmeldir. Çoğu uygulama için trapezoidal tercih edilse de, fırçasız servo motorlarda sinüzoidal komütasyon, sesli ve mekanik gürültünün son derece düşük olması gereken uygulamalar için faydalıdır.
Sensörsüz geri besleme, fırçasız DC servo motor teknolojisinde motor konumunun motorun geri emf'sinden belirlendiği daha yeni bir yeniliktir. Sensörsüz geri besleme trapezoidal veya sinüzoidal komütasyonla çalışabilir, ancak sinüzoidal komütasyon tork dalgalanmasına daha az duyarlı olduğu için daha hassas uygulamalar için tercih edilir. Sensörsüz geri besleme, motorun kendi dahili geri beslemesine dayalı olarak çalışmasını gerektirdiğinden, sensörsüz geri besleme en çok motorun yükü statik olduğunda etkilidir. Örneğin, dronlar fırçasız DC servo motorlarda sensörsüz geri beslemenin yaygın bir uygulaması haline gelmiştir çünkü dron hareket halindeyken yük önemli ölçüde değişmez ve geri besleme cihazlarının olmaması daha hafif olmasını sağlar.
Tarih
Fırçasız DC motorlar, mekanik ve analog elektronik teknolojisinden dijital elektroniğe geçiş yaptığımız 60'lı yıllardaki dijital devrimin başlangıcında ortaya çıktı. Fırçalı DC motorlar, fırçaların ve komütatörlerin çok çabuk aşınması nedeniyle daha yoğun uygulama taleplerine dayanmakta yetersiz kaldı, böylece fırçasız DC motor doğdu. MOSFET'ler gibi katı hal güç yarı iletkenlerinin mevcudiyeti, fırçasız DC motoru katı hal komütasyonlu ilk DC makine olarak mümkün kıldı. İlk fırçasız DC motorların dezavantajı, çok fazla güç üretememeleriydi. 1980'lerde daha güçlü sabit mıknatıslı malzemeler kullanılabilir hale geldiğinde, fırçasız motorlar fırçalı muadilleri kadar hatta daha fazla güç üretebildi.
Gelecekteki Yenilikler
Günümüzün fırçasız motorları, daha yüksek çıkış gücü, daha küçük boyut, daha iyi verimlilik, daha fazla dayanıklılık ve çok düşük elektrik gürültüsüne sahip oldukları için fırçalı motorların sınırlamalarının çoğunun üstesinden gelmektedir. Bu avantajların dezavantajları da vardır, çünkü fırçasız motorlar elektronik komutasyon için geri besleme cihazları ve bir motor sürücü kontrolörü gerektirir, fırçalı motorlardan daha pahalı olma eğilimindedirler. Bununla birlikte, fırçasız DC motor teknolojisindeki yeni gelişmeler, bu motorları daha uygun fiyatlı hale getirecek sensörsüz motor sürücülerini mümkün kılmıştır. Sensörsüz kontrol teknolojisinde rotorun konumu, motorun terminal voltajlarından birinden gelen geri EMF (elektromotor kuvvet) algılanarak belirlenir ve Hall sensörlerine ve enkoderlere olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Sensörsüz kontrol ayrıca fırçasız DC motorların daha az sayıda bileşen nedeniyle daha küçük, daha güvenilir ve daha dayanıklı olmasını sağlayacaktır.
Fırçasız DC motor tasarımında yakında yaygınlaşacak bir diğer yenilik de daha basit bir sistem oluşturmak için fırçasız DC motorların ve sürücü elektroniğinin tek bir pakete entegre edilmesidir. Elektronik bileşenlerin verimliliği arttıkça güç elektroniği giderek küçülmekte ve bu da entegre fırçasız DC motor sürücülerine teknolojik yeniliklerde önemli bir rol vermektedir
Kullanımlar/Uygulamalar
Verimlilikleri ve uzun ömürlülükleri nedeniyle fırçasız DC servo motorlar, ev aletleri ve diğer tüketici elektroniği gibi sürekli çalışan cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Endüstriyel uygulamalar için fırçasız DC motorlar, güvenilir ve hassas hareket kontrol yetenekleri nedeniyle lineer motorlarda, servo motorlarda, ekstrüder tahrik motorlarında ve CNC takım tezgahları için besleme tahriklerinde popüler bir seçimdir. Fırçasız DC servo motorlar, düşük boyut ve ağırlığı korurken çok fazla güç sağladıkları için dronlar için de tercih edilen motorlar haline gelmiştir. Fırçasız DC servo motorların uygulamalarının gelecekte de genişlemeye devam etmesi beklenmektedir. Bu motorlar daha uygun fiyatlı hale geldikçe fırçalı DC servo motorların yerini tamamen almaları muhtemeldir.
Avantajlar
- Yüksek güç yoğunluğu
- Mükemmel ısı dağılımı
- Fırçalı motorlara göre daha az bakım gerektirir ve daha uzun ömürlüdür
- Elektronik komütasyon daha hassas kontrol ve daha fazla güç tasarrufu sağlar
- Fırçalı DC motorlara kıyasla daha düşük çalışma ve mekanik gürültü
- Fırçalı DC motorlardan daha küçük ve daha hafif
ADVANCED Motion Controls'ün Yetenekleri
- Kullanıma hazır servo sürücülerin çoğu fırçasız motorlarla çalışır ve çok çeşitli geri bildirim ve performans seçenekleri içerir
- Fırçasız motorların yapılandırılması daha zor olabilir, ancak dijital servo sürücüler AutoCommutation gibi özelliklerle süreci büyük ölçüde basitleştirir
