موتور براشلس چیست و چطور کار می کند؟

مقدمه

در حقیقت می توان گفت امروزه به جهت تسلط وسایل و گجت‌های الکترونیکی بر تمام صنایع، وجود موتورهای براشلس در بسیاری از سیستم های آر سی نظیر ماشین کنترلی، کوادکوپتر و … دور از انتظار نیست. با ما همراه باشید تا در ادامه شما را با این نوع موتور و کاربردهای آن بیشتر آشنا کنیم.

موتور براشلس

همانطور که می دانید برای این که انرژی الکتریکی به مکانیکی تبدیل شود از موتورها استفاده خواهد شد. در صنایع مختلف از انواع متفاوت موتورها استفاده می شود. یکی از انواع موتورها، موتور براشلس است که نام دیگر آن موتور جریان مستقیم بدون جاروبک می باشد. جالب است بدانید این موتور در اواسط قرن 19 میلادی اختراع شد.

در موتور براش جهت انتقال جریان به روتور از بخشی به نام جاروبک استفاده می شود و با چرخش روتور قطب ها جابه جا شده و موتور به حرکت در می آید. در طی این جابه جایی از طول عمر موتور کاسته می شود و نقش موتورهای براشلس پر رنگ تر می شود.

موتورهای براشلس در حقیقت موتورهای الکتریکی همگام هستند که به کمک انرژی الکتریکی جا به جا می شوند. موتور براشلس در ساختار خود آهنرباهایی دارند که نیرو را از جریان الکتریکی مستقیم دریافت می‌کنند و باعث چرخش روتور در داخل استاتور می شود.

از طرف دیگر در ساختار موتور براشلس به جای استفاده از براش از کنترل کننده موتور مرحله به مرحله استفاده شده است. این کنترل کننده موتور باعث به وجود آمدن چرخشی می شود که در نتیجه آن انرژی الکتریکی تبدیل به انرژی مکانیکی می شود.

این موتور برخلاف موتورهای القایی فاقد مؤلفه‌ای به نام لغزش است و در آن سیم پیچ ثابت است و آهنربا می چرخد. به همین دلیل جهت انتقال ولتاژ به سیم پیچ ها احتیاجی به براش یا همان جاروبک نمی باشد.

موتورهای براشلس در ساختار مختلفی وجود دارند که نوع فراگیر آن که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، سه فاز است. اما این موتور در نوع تک فاز، دوفاز، پنج فاز و همچنین تعداد فاز بالاتر موجود می باشد.

تاریخچه موتور براشلس

استفاده از موتورهای معمولی یا همان موتورهای براش تا دهه 80 میلادی رواج بسیاری داشت. تا این که یک دانشمند انگلیسی به نام مایکل فارادی توانست با انجام آزمایشاتی اثبات کند که سیم دارای جریان الکتریکی می تواند در اطراف خود میدان مغناطیسی دایره ای ایجاد کند. پس از این دانشمند انگلیسی، دانشمندان دیگری آزمایشات مختلفی انجام دادند تا در نتیجه موفق به طراحی موتورهای براشلس شدند.

به این موتور که موتور بدون جاروبک دی سی نیز می گویند، نوعی موتور الکتریکی است که در ساختار آن برخلاف موتورهای براش یا معمولی از براش و کموتاتور استفاده نشده است. این نوع موتور در دسته موتورهای دی سی (DC) قرار می گیرد و در داخل آن آهنرباهایی قرار داده شده که به وسیله جریان الکتریکی مستقیم می تواند قدرت و انرژی مورد نیاز خود را دریافت کنند و باعث چرخش روتور در داخل دستگاه شود.

در این گروه از موتورها انتقال جریان الکتریکی از طریق آمپلی فایر و دستگاه تعویض هوشمند انجام می شود. انواع موتور براشلس به نسبت موتورهای معمولی مزایای بیشتری دارند و به همین دلیل امروزه در صنایع گوناگون نظیر کوادکوپترها و پهبادها کاربرد گسترده ای دارند.

مزایای موتور براشلس

با توجه به این که موتور براشلس فاقد جاروبک است و ساختار خاصی دارد، مزیت های زیادی را به همراه دارد. عدم وجود جاروبک یا براش در موتور براشلس باعث به حداقل رسیدن اصطکاک در طول عملیات، کاهش فرآیند تولید حرارت و در نهایت طول عمر بیشتر می شود. از دیگر مزیت های مهم موتور براشلس راندمان بالای آن است. موتور معمولی با جریان مستقیم تنها در نقاط خاصی در گردش خود می تواند به حداکثر گشتاور برسد، اما موتور براشلس به طور متداوم و پیوسته در حالت ماکزیمم گشتاور کار می کند.

دیگر مزیتی که می توان به آن اشاره کرد، قابلیت کنترل این موتور با دقت بالا است. استفاده از مکانیزم فیدبک جهت رسیدن به گشتاور و سرعت مطلوب باعث شده تا کنترل پذیری به راحتی انجام شود.

همچنین عدم داشتن جاروبک در این نوع موتور باعث افزایش طول عمر موتور شده و از ایجاد نویز جلوگیری می کند. این در حالی است که در موتورهای معمولی هنگام عبور تیغه های کموتاتور از جاروبک ها جرقه شدید ایجاد می شود که این جرقه ها نویزهای الکتریکی را به همراه دارد. در توان برابر موتورهای براشلس نسبت به موتورهای معمولی وزن کمتری دارند.

در موتورهای براشلس به جهت عدم تماس مکانیکی، حداقل گرما تولید می شود و نرخ سایش قطعات پایین می آید و فرآیند انتقال انرژی و بهره وری الکتریکی بهبود می یابد و در نتیجه باعث بهبود عملکرد موتور و قدرت آن می شود. بازدهی بیشتر موتورهای براشلس طول عمر باتری را تا 50 درصد افزایش می دهد. از آنجایی که در موتور براشلس اصطکاک و جرقه ای ایجاد نمی شود، صدای کمتری نیز تولید می شود.

همچنین با توجه به این که قسمت استاتور به روکش خارجی چسبیده است، فرآیند خنک شدن موتور بهتر انجام می پذیرد. به طور خلاصه و تیتر وار می توان گفت مزایای موتورهای براشلس موارد زیر می باشد:

• بهره وری بالا
• ماندگاری بیشتر و طولانی
• گشتاور بالا و سرعت مطلوب
• بهبود عملکرد و راندمای بالای موتور
• تولید کمترین گرما و حرارت
• جلوگیری از سایش قطعات دستگاه
• افزایش طول عمر مفید باتری
•  

نحوه عملکرد موتور براشلس

همانطور که گفته شد در موتورهای براش جهت انتقال جریان الکتریکی به سیم پیچ های موتور از جاروبک و کموتاتور استفاده می شود و جاروبک یا همان براش جریان الکتریکی را به کموتاتور انتقال می دهد. اما موتور براشلس همان طور که از نامش نیز پیداست، فاقد جاروبک است. احتمالاً سؤالی که پیش می آید این است که پس انتقال جریان الکتریکی به سیم پیچ ها از چه طریقی انجام می شود؟

نکته ای که در پاسخ به این سوال لازم است بدانید، این است که ساختار و طراحی یک موتور براش و یک موتور براشلس کمی با یکدیگر متفاوت است. در حقیقت در موتورهای براشلس برخلاف موتور براش یا معمولی، سیم پیچ ها بر روی روتور سوار نشده اند و بلکه بر روی استاتورها قرار گرفته اند. در عین حال روتور این نوع موتور از جنس آهنربا است و باعث شده تا جریان الکتریکی در آن به صورت پیوسته برقرار باشد. بنابراین احتیاجی به انتقال جریان الکتریکی برای فراهم کردن جریان مغناطیسی نمی باشد.

ساختمان موتور براشلس

استاتور

در موتور براشلس یا بدون جاروبک، سیم پیچی آرمیچر در شیارهای استاتور به صورت توزیع شده قرار گرفته است. این سیم پیچی به صورت سه فاز طراحی شده اما شبیه سیم پیچی موتورهای چند فاز است.معمولا اتصال سیم پیچی استاتور به شکل ستاره است اما در توان های بالا ممکن است به صورت ستاره ای نیز باشد.

هر سیم پیچ از تعداد بیشماری حلقه تشکیل شده که به شکل متوالی و با آرایشی خاص به همدیگر متصل شده اند. هر سیم پیچ در درون استاتور به شکلی توزیع شده تا بتواند یک قطب را تشکیل بدهد. استاتور موتور براشلس ساخته شده از ورقه های فولادی سیلیکونی با ضخامت مشخص می باشد که با اتصال به یکدیگر تشکیل یک پشته را می دهند.

روتور

در روتور موتور براشلس به جای سیم پیچی از آهنرباهای دائمی استفاده شده که این کار باعث حذف تلفات سیم پیچی روتور می شود و راندمان موتور بهبود می یابد. با توجه به نحوه قرارگیری آهنرباها در روتور و جهت شار مغناطیسی، ساختارهای متفاوتی در موتورهای براش لس به وجود می آید. موتورهای براشلس شامل دو نوع هستند که عبارتند از : براشلس Inrunner و براشلس Outrunner.

کاربرد موتور براشلس

همانطور که در مطالب بالا نیز گفته شد، موتور براشلس خاصیت کنترل پذیری بالایی دارد. به عنوان مثال تغییری کوچک در برنامه کنترل می تواند باعث جهشی بزرگ در سرعت سیستم شود. این موضوع موجب شده تا از این نوع موتور در انواع قطعات الکتریکی استفاده شود.

از موتورهای براشلس در لوازم و محصولاتی چون ماشین لباسشویی، جاروبرقی، تهویه هوا، کوادکوپترها و … استفاده می شود. کوادکوپتر نوعی مولتی روتور می باشد که توسط چهار موتور نیروی لیفت ایجاد می کند و می تواند در آسمان شناور باقی بماند.

با توجه به این که این نوع موتور برای کنترل نیرو بسیار ایده آل و مناسب است، در آینده شاهد کاربرد بیشتری از آن در محصولات مختلف خواهیم بود. به عنوان مثال در برخی موارد که از موتورهای پله ای در محصولات استفاده می شود، موتورهای براشلس می تواند جایگزین مناسبی برای آن باشد.

موتور براشلس انواع مختلفی دارد و به دلیل کارایی و راندمان مطلوب در بسیاری از صنایع کاربرد دارد. کاربرد موتورهای براشلس به طور گسترده در لوازم خانگی، خودرو، هوافضا، پزشکی، تجهیزات و ماشین آلات صنعتی خودکار و… می باشد. از جمله صنایع و دستگاه هایی که در ساختار آن از موتور براشلس استفاده شده است، به موارد زیر می توان اشاره کرد:

• هلی کوپتر و ماشین کنترلی
• مولتی روتور
• کوادکوپتر
• قایق کنترلی
• موتورهای خطی
• تفنگ ماساژور
• جاروبرقی روباتیک

سؤالات متداول

1- موتور براشلس چیست؟
موتور براشلس یا موتور بدون جاروبک دی سی یک نوع موتور الکتریکی‌ست که در ساخت آن‌ها برخلاف موتورهای معمولی از براش و کموتاتور استفاده نشده است.

2- موتور براشلس در چه مواردی کاربرد دارد؟

در بسیاری از صنایع لوازم خانگی، خودرو، هوافضا، پزشکی، تجهیزات و ماشین آلات صنعتی خودکار کاربرد دارد.

3- موتور براشلس نسبت به موتور براش چه مزایایی دارد؟
ماندگاری و بهره وری بالا، گشتاور بالا، سرعت مطلوب، تولید کمترین گرما، افزایش طول عمر باتری و جلوگیری از سایش قطعات

جمع بندی

در این مقاله سعی کردیم تا شما را با موتور براشلس، نحوه عملکرد، کاربرد و مزایای آن به خوبی آشنا کنیم. از موتور براشلس در محصولات الکتریکی مختلفی استفاده می شود که این موتور توانایی تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را دارد. بزرگ‌ترین تفاوت این نوع موتور با موتور جریان مستقیم معمولی در استفاده از جاروبک است که همین تمایز باعث به وجود آمدن مزایایی نظیر راندمان بالا، کنترل پذیری بیشتر، عدم تولید نویز و جرقه الکتریکی و تولید کمترین گرما شده است.