Co je to motor DC

V moderním průmyslu a životě, i když nevidíme motory, jednáme s nimi každý den a DC Motors jsou nejvíce klasičtější a nejběžnější. Ať už se jedná o váš domácí elektrický ventilátor, dětské hračky, stěrače automobilů nebo dokonce zdroj energie za automatizovanou robotickou paží, může to být poháněno motorem DC.

 

Co je to motor DC? Jednoduše řečeno, jedná se o zařízení, které převádí DC elektrickou energii na mechanickou energii. Ačkoli historii DC motorů lze vysledovat až do 19. století, nebyla dobami odstraněna. Místo toho je i nadále aktivní v polích malých pohonů a vysoce přesné kontroly. S vývojem technologie elektronického řízení jsou typy DC motorů neustále obohaceny, jako jsou kartáčované DC motory, bezkartáčové DC Motors, DC Motors, motory o převodových kolech atd. Různé typy jsou vhodné pro různé scénáře a vybavení.

 

V tomto článku vás provedeme prostřednictvím principů, struktur a klasifikací, abychom plně pochopili pracovní mechanismus a aplikační scénáře DC motorů, což vám rychle pomůže začít s tímto důležitým elektromechanickým produktem.

 

 

Jak DC motory fungují: Jak magnetická pole a proudy produkují rotaci?

Abychom pochopili pracovní princip motoru DC, můžeme jej shrnout v jedné větě: proud proudí drátem, drát je vystaven síle v magnetickém poli, čímž se rotoru otáčí.

 

Jinými slovy, DC motor je jako „továrna na přeměnu energie": dostává DC napájení ze zdroje energie a poté generuje elektromagnetický točivý moment přes vinutí vnitřní kotvy pod působením magnetického pole, čímž vede mechanickou část k otáčení.

 

Schéma pracovního principu

 

Proč se může otáčet? Princip ve skutečnosti pochází z „pravidla levé ruky"

Když proud prochází drátem v magnetickém poli, drát bude podroben síle kolmému směru proudu a magnetického pole. Toto je slavná „ampere síla". K určení směru síly můžete použít „pravidlo levé ruky".

 

V DC motoru tato síla působí na více cívek na armatuře a nakonec se sbližuje do kontinuální rotační síly.

 

Komutátor: Klíč k nepřetržitému rotaci

Ale existuje problém: Pokud cívka vždy udržuje jeden směr v magnetickém poli, motor se zastaví po půl otočení. Za účelem vyřešení tohoto problému se do motoru DC přidá velmi kritické zařízení - komutátor.

 

Komutator neustále přepíná směr proudu během rotace kotvy, takže cívka je vždy nucena ve stejném směru v magnetickém poli, čímž se dosahuje nepřetržité rotace.

 

Tato jednoduchá a efektivní struktura je jedním z důležitých důvodů, proč jsou DC motory široce používány. Pokud se chcete dozvědět více: Proč současné a magnetické pole generují točivý moment? Jak komutátor skutečně dosahuje komutace? Jak proces kotvy dosahuje nepřetržitého výstupu? Pak si můžete přečíst tento článek "Pracovní princip DC Motors: Úžasná kombinace magnetického pole a proudu"

 

 

Z čeho je DC motor vyrobený? Ukážu vám klíčové komponenty

Přestože existuje mnoho typů DC motorů (jako je kartáčované, bezkartáčové, permanentní magnet atd.), Jejich základní struktury jsou zhruba podobné. Vezměme si jako příklad kartáčovaný DC motor, abychom pochopili jeho základní komponenty a funkce jeden po druhém.

 

1. armatura: Hlavní charakter přeměny elektrické energie na mechanickou energii

Atmatura je rotující část motoru, obvykle složená z železa s měděným drátem kolem něj. Je umístěn na cívce a když přímý proud prochází kotvou, generuje točivý moment pod působením magnetického pole, čímž vede motor k otáčení.

 

Atmatura je jak „výkonový konec", tak přímý nosič elektromagnetické síly. Jeho návrh ovlivňuje účinnost a výkon motoru.

 

2. komutátor: „Přepínač", který umožňuje nepřetržité rotaci

Komutator je zařízení, které spojuje armaturu a kartáče, obvykle segmentovaný měděný kroužek. Jeho funkcí je automaticky přepínat směr proudu, když se armatura otáčí, čímž udržuje kotvu rotující nepřetržitě. Je to nepostradatelná součást v kartáčovaných motorech.

 

3. Kartáč: vodivý most

Kartáč je klíčová součást, která zavádí přímý proud z externího zdroje energie do vinutí kotvy. Běžné materiály jsou kompozity grafitu nebo kovového grafitu. Kontaktuje a sklouzává s komutátorem, což umožňuje stabilně doručit proud do rotující armatury.

 

Je třeba poznamenat, že kartáče nosí díly a po dlouhodobém použití se budou opotřebovat. Je třeba je pravidelně vyměňovat, což je také důležitou součástí údržby motoru štětce.

 

4. Stator: Statická část, která generuje magnetické pole

Stator je stacionární součástí motoru, který je zodpovědný za poskytnutí konstantního magnetického pole pro armaturu. Statorem může být permanentní magnet (tj. DC s permanentním magnetem) nebo napájenou cívkou (tj. Excitační DC motor). Lze jej rozdělit na různé typy podle různých způsobů generování magnetického pole.

 

5. Bydlení a ložiska: Struktura a podpora

Motorské pouzdro hraje hlavně ochrannou a fixační roli, zatímco vnitřní ložisko zajišťuje hladkou a nízkou tření kotvy, což je základní struktura pro zajištění života a stability motoru.

 

Shrnutí: Konstrukce jádra motoru DC zahrnuje: kotva, komutátor, kartáče, stator, ložiska atd. Tyto komponenty spolupracují na dokončení převodu elektrické energie na mechanickou energii, což je zárukou pro efektivní provoz motoru.

 

 

Když mnoho lidí poprvé poznává DC motor, mohou si myslet, že je to jen malý motor, který lze zapnout zapnutím. Ve skutečnosti však mohou DC motory klasifikovat z více rozměrů, jako je metoda komutace, zdroj magnetického pole, struktura vinutí atd. Následující jsou tři nejběžnější klasifikační metody:

 

Podle metody komutace:

Kartáčovaný DC motor

Jedná se o nejvíce klasický typ DC motoru s jednoduchou strukturou a nízkými náklady. Přepíná směr proudu prostřednictvím mechanického kontaktu mezi štětcem a komutátorem, aby udržel nepřetržité rotaci motoru.

 

Výhody: Jednoduchá struktura, snadno ovládací, nízké náklady, vhodné pro hračky, malé spotřebiče atd.

 

Nevýhody: Kartáče se snadno nosí, krátký život, hlasitý provozní hluk, častá údržba.

 

Breatherless DC Motor

Beztáčkový motor eliminuje kartáče a komutátor a používá pro komutaci elektronický řídicí systém, což zefektivňuje a má delší životnost.

 

Výhody: Vysoká účinnost a ticho, dlouhý život, v podstatě bez údržby, vhodné pro zařízení na střední až vysokou kondukci, jako jsou drony a elektrické nářadí.

 

Nevýhody: Vyžaduje vyhrazený ovladač, vysoký náklad, komplexní kontrolní systém

 

Podle zdroje magnetického pole:

Trvalý motor DC magnetu (motor PMDC)

Trvalé magnety se používají k nahrazení vinutí pole za účelem generování magnetického pole. Mají kompaktní strukturu a rychlou reakci. Běžně se používají v elektrických vozidlech, automatických dveřích, robotech atd. Mohou být buď kartáčované nebo bezhrubé motory.

 

Výhody: Jednoduchá struktura, malá velikost, vysoká účinnost, rychlá dynamická odezva

 

Nevýhody: Pevnost magnetického pole nelze upravit a horní hranice energie je omezena magnetickým materiálem.

 

Vzrušený DC motor

Magnetické pole je generováno elektromagnetickou cívkou (excitační vinutí), které lze rozdělit na excitaci série, paralelní excitace, excitaci složeného atd. Je vhodné pro průmyslové zařízení, které vyžaduje velký počáteční točivý moment nebo rozsah regulace široké rychlosti.

 

Výhody: Nastavitelné magnetické pole, silný točivý moment, vhodný pro podmínky s vysokým výkonem

 

Nevýhody: komplexní struktura, obtížné ovládat, relativně velká velikost

 

Podle vinutí struktury nebo počtu fází napájení (většinou používaných pro beztrochní motory):

„Fázové číslo" motoru se týká počtu kanálů, kterými proud prochází vinutím. Mezi běžné typy patří jednofázová, dvoufázová a třífázová. Tato klasifikace je obzvláště důležitá u bezkalátových DC motorů (BLDC), protože různá čísla fáze mají významný dopad na stabilitu provozu motoru, metody kontroly a oblasti aplikací.

 

Jednofázový dc motor

Jednofázové motory mají nejjednodušší strukturu a obvykle vyžadují pouze dva dráty. Hnací obvod má nízké náklady, takže se často používají v mikro zařízeních s nízkými požadavky na výkon.

Výhody: Nejjednodušší struktura, nízké náklady, vhodné pro aplikace s nízkým točivým momentem, jako jsou malé ventilátory a přenosná zařízení

 

Nevýhody: velké kolísání točivého momentu, ne tak hladké jako vícefázové motory při startu

 

Dvoufázový dc motor

Je složitější než jednofázová, obvykle za použití čtyřvodičové nebo šestivodičové struktury a je flexibilnější pod kontrolou. Je to podobné struktuře motoru kroku, ale metoda pohonu je jiná.

Výhody: Kompaktní struktura, stabilní provoz, běžně používané v mikro zařízeních a lékařských nástrojích

 

Nevýhody: Ve srovnání s třífázovými motory stále existuje určitý kolísání točivého momentu

 

Třífázový dc motor

Jedná se o nejvíce mainstreamovou a nejlépe výkonnou strukturu bezkartáčových motorů na trhu, s hladkým provozem a kontinuálním točivým momentem a je široce používán v různých aplikacích středních až vysokých konců.

Výhody: Nepřetržitý točivý moment, vysoká účinnost, tichý provoz, je to nejvíce běžný typ bezkartáčového motoru, široce používaný v elektrických vozidlech, elektrických nářadích, dronech atd.

 

Nevýhody: Řídicí systém je složitý a náklady jsou relativně vysoké

 

Různé metody klasifikace odhalují klíčové rozdíly ve struktuře motoru, výkonu a aplikace. Stojí za zmínku, že tyto klasifikace se vzájemně nevylučují. Například motorem může být třífázový bezkartovaný motor permanentního magnetu DC, který splňuje všechny tři klasifikační rozměry. Pochopení těchto základů pomůže s následným rozhodnutími o výběru a aplikacích.

 

 

V moderním inženýrství a životě jsou DC motory všude. S výhodami jednoduché kontroly, rychlé odezvy a rozmanitých struktur se DC motory široce používají v různých produktech a systémech. Od spotřebičů domácností po průmyslovou automatizaci, po drony a zdravotnické vybavení, DC Motors „zmocňuje" všechno.

 

Následuje několik typických aplikačních scénářů děleno průmyslovým nebo funkcí:

1. Domácí spotřebiče a denní elektronická zařízení

DC motory jsou nejčastější v malých domácnostech. Jsou kompaktní a tiché, vhodné pro aplikace, které vyžadují nízké napětí, nízký hluk a nízké náklady.

 

Vysavače, vysoušeče vlasů, směsice (vysoká rychlost, dobrá stabilita)

 

Elektrické zubní kartáčky, elektrické holicí stroje (pomocí kartáčovaných nebo bezmocných motorů)

 

Elektrické závěsy, elektrické zámky dveří (nízké napětí, aplikace s nízkou spotřebou energie)

 

Běžné typy: Kartáčovaný motor, motor, bezkalátový, malý bezkartáčový motor DC

 

2. hračky, modely a zábavní elektronika

Od vozů dálkového ovládání po drony hrají klíčovou roli DC Motors. Základní požadavky takových scén jsou vysoká rychlost, rychlá odezva, lehká hmotnost a kompaktnost.

 

Automobily a letadla dálkového ovládání (pomocí bezmasků pro zvýšení rychlosti a vytrvalosti)

 

Roboty, robotické zbraně (motory DC kodéru, které vyžadují přesnou kontrolu)

 

Běžné typy: Breatherless DC Motor, DC motor s kodérem, motor beznorového

 

3. průmyslová automatizace a mechanický pohon

Požadavky na výkonnost motorů v průmyslovém prostředí jsou vyšší a musí mít vlastnosti, jako je vysoký točivý moment, silná ovladatelnost a dlouhá životnost.

 

Automatizovaná výrobní linka (DC servo Motor, systém zpětné vazby kodéru)

 

Přepravující zařízení, elektrická push tyč (permanentní magnet DC motor, kombinace motoru převodovky)

 

CNC Machine Mails (vysoce přesný DC Motors)

 

Běžné typy: Servo DC motor, vysoký točivý moment DC motor, motor s redukčním zařízením

 

4. doprava a zelené cestování

Zelené cestovní nástroje, jako jsou elektrická kola, elektrická vozidla a vyvážená kola, v podstatě používají DC Motors jako své energetické jádro, zejména vysoce účinné beztasární DC motory.

 

Elektrické kolo (motor bez kartáčovače)

 

Elektrický skútr (24V / 36V bezkartáčový motor)

 

Inteligentní vyrovnávací auto (vysoký točivý momentový motor DC s řídicím systémem)

 

Běžné typy: Hub Clasless Motor, 48V bezkartáčový motor, vysoce účinný DC motor

 

5. Zdravotnické prostředky a přesné vybavení

Motory DC, zejména Concoreless Motors a Servo Motors, se také široce používají v oblasti zdravotnického vybavení, které má extrémně vysoké požadavky na rychlost hluku, objemu a odezvy.

 

Infuzní čerpadlo, mikro ventilátor (bezmocný motor, citlivá odezva)

 

Elektrické chirurgické nástroje (vysoká rychlost, nízký hluk beztaskační motor)

 

Oftalmologické vyšetřovací zařízení (ultra nízký vibrační servomotor)

 

Běžné typy: Neoprocházející motory DC, malé servo DC motory, bezkartáčové motory

 

DC motory byly do našich životů a průmyslových systémů hluboce zakořeněny kvůli jejich flexibilní struktuře, jednoduché kontrole a rychlé reakci. Od dětských hraček po vysoce přesné lékařské vybavení, od automatizovaných výrobních linků po elektrické cestovní nástroje, se vše spoléhají na DC Motors k dosažení pohonu a inteligence.

 

Různé scénáře aplikací mají různé požadavky na úroveň napětí DC motorů. Chcete vědět, jak si vybrat 12V, 24V, 36V nebo 48V podle vašich potřeb? Můžete odkazovat na naše "Průvodce analýzou úrovně motoru DC".