موتور براشلس چیست؟ طرز کار و کاربرد موتور براشلس

به احتمال زیاد در هنگام خرید طیف وسیعی از وسایل و ابزارآلات برقی و شارژی اصطلاح «موتور براشلس» به گوش شما خورده است. این موتورها برخی از ایرادات رایج مدل‌های قدیمی‌تر یا اصطلاحا موتور براش را اصلاح کرده‌اند. همچنین موتورهای براشلس تفاوت‌های ساختاری بسیاری با موتورهای براش دارند. در نتیجه ویژگی‌ها و مزیت‌های این موتورها با یکدیگر متفاوت است. در این مقاله به معرفی موتورهای براشلس و ساختار آنها می‌پردازیم. همچنین، مزایا، معایب و کاربردهای این موتورها را بررسی خواهیم کرد.

موتور براشلس چیست؟

برای درک بهتر از موتورهای براشلس و نحوه کار آنها، باید نگاهی به مدل‌های قدیمی موتور، یعنی موتور براش، داشته باشیم. موتورهای براش بیش از صد سال است قدمت داشته و به عنوان فناوری استاندارد بسیاری از موتورها شناخته می‌شوند. علی‌رغم توسعه موتورهای براشلس موتورهای براش تا به امروز، مخصوصاً برای ابزارهای مقرون به صرفه کاربرد بیشتری دارند.

موتورهای براشلس در دهه ۱۹۶۰ میلادی به عنوان جایگزینی کارآمد برای موتورهای براش ساخته شدند. امروزه، موتورهای براشلس را می‌توان در دستگاه‌هایی مانند انواع ابزارآلات، هارد دیسک‌های کامپیوتری، وسایل نقلیه و پخش‌کننده‌های DVD پیدا کرد. سازندگان بیشتر تمایل دارند برای دستگاه‌ها و ابزارآلات شارژی از موتورهای براشلس استفاده کنند؛ زیرا این موتورها کارایی ابزار را افزایش داده و عمر باتری را بیشتر می‌کنند.

از نظر ظاهری، موتور براش و براشلس را به راحتی می‌توان از هم تشخیص داد. موتورهای براش بلندتر و استوانه‌ای‌تر هستند. این شکل ظاهری به دلیل کموتاتور است که نیاز به فضای بیشتری دارد. همچنین موتورهای براش اغلب دریچه‌هایی دارند که زیرا تماس مداوم زغال‌هابعد از مدتی گرما تولید می‌کند و نیاز به خنک شدن دارد. دو عدد سیم از این موتورها بیرون زده که به پایانه‌های مثبت و منفی یک منبع تغذیه وصل می‌شوند.

از سوی دیگر، موتورهای براشلس کوتاه‌تر و فشرده‌تر هستند. این موتورها قطعات متحرک کمتری دارند. ساختار آنها که تماس بین قطعات را از بین می‌برد، منجر به اصطکاک کمتر و در نتیجه تولید گرمای کمتری می‌شود. موتورهای براشلس معمولاً سه یا چند سیم دارند که از آنها بیرون زده و به یک کنترل‌کننده الکترونیکی سرعت (ESC) وصل می‌شوند. امروزه، موتورهای براشلس را می‌توان در بیشتر کاربردهای الکترونیکی مدرن و صنعتی پیدا کرد. اگرچه موتورهای براش همچنان پرکاربرد هستند، اما روز به روز به محبوبیت موتورهای براشلس افزوده شده و استفاده از آنها گسترش می‌یابد.

طرز کار موتور براشلس

برای درک بهتر از نحوه عملکرد موتورهای براشلس، باید ابتدا با عملکرد زغال(براش) آشنا شوید. زغال برای عملکرد صحیح ابزارهای با موتور براش مانند دریل، چکش برقی، رنده، شمشاد زن برقی و مینی فرزها بسیار ضروری است. معمولاً زغال از جنس کربن است. این قطعه روی استاتور (بخش ثابت موتور) نصب می‌شود تا انتقال نیرو به روتور (بخش چرخان موتور) به صورت بهینه و بهتر انجام شود. زغال که به صورت جفتی کار می‌کند، در معرض اصطکاک و فرسوده شدن است.

هر دو موتور براش و براشلس دارای روتور و استاتور هستند. همان‌طور که قبلا اشاره شد، روتور بخش چرخان موتور و استاتور بخش ثابت آن است. در یک موتور براش، روتور در مرکز موتور قرار گرفته و استاتور آن را احاطه کرده است. در ساختار این موتورها، روتور دارای یک جفت آهنربا با قطب‌های مخالف است.

چرخش روتور در یک موتور براش از طریق تغییر میدان مغناطیسی صورت می‌پذیرد. این تغییر میدان مغناطیسی از طریق قطعه‌ای به نام کموتاتور انجام می‌شود. با چرخش شفت مرکزی موتور، زغال‌های کموتاتور با منبع جریان در تماس قرار می‌گیرند.

موتورهای براشلس روشی کاملاً متفاوت برای تولید یک میدان مغناطیسی متغیر دارند. به جای یک روتور مرکزی، درواقع این روتور است که استاتور را احاطه کرده است. روتور مجموعه‌ای از آهنرباها دارد که به تغییر میدان مغناطیسی استاتور واکنش نشان می‌دهند.

به عنوان مثال، استاتور یک پهپاد براشلس از شش جفت یا بیشتر سیم‌پیچ تشکیل شده که هر کدام می‌تواند میدان مغناطیسی خودشان را تولید کند. هم‌زمان که روتور می‌چرخد میدان مغناطیسی هر سیم‌پیچ به نوبه خود تغییر می‌کند و منجر به چرخش بیشتر روتور می‌شود. تنظیم جریان ورودی به هر یک از سیم‌پیچ‌ها با یک کنترل‌کننده الکترونیکی سرعت (ESC) انجام می‌شود. ESC قادر است توان کل موتور را کنترل کند.

مزایای موتور براشلس

فناوری موتور براشلس نه تنها قدرت ابزار شارژی را بهبود می‌بخشد بلکه عمر مفید آنها را نیز افزایش می‌دهد. با این موتورها، تقریباً هیچ نگرانی از بابت سرویس و نگهداری ندارید.

مزایای موتور براشلس بسیار زیاد است. عدم وجود زغال (براش)، مشکلات مربوط به گرمای بیش از حد و خرابی‌ها را از بین می‌برد؛ بنابراین طول عمر موتور براشلس فقط به بلبرینگ‌های آن وابسته است. موتور براشلس در مقایسه با نوع براش فشرده‌تر و دو تا سه برابر سبک‌تر است. این امر قابلیت حمل آن را بیشتر کرده و لرزش و صدای آن را کم می‌کند.

نبود اصطکاک بین روتور و استاتور کارایی موتور را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. همچنین گرمای کمتری تولید شده و انرژی باتری بهینه می‌شود. در این موتورها قدرت باتری تا 25 درصد نسبت به باتری‌های معمولی بیشتر است.

همچنین نبود اصطکاک به موتور اجازه می‌دهد تا بدون ایجاد جرقه حتی در مصارف سنگین نیز کار کند. درنتیجه فرسایش موتور و به دنبال آن دوره‌های سرویس و نگهداری موتور به طور چشم‌گیری کاهش می‌یابد. لازم به ذکر است که انرژی موتورهای براشلس بهینه‌تر است. همچنین ساختار این موتورها مانع گرمایش بیش از حد می‌شود. در این موتورها دیگر مشکل تمام شدن زغال و نیاز به تعویض آن نیز وجود ندارد. وسایل و ابزاری که از موتورهای براشلس استفاده می‌کنند در مقایسه با مدل‌های مشابه طول عمر بیشتری دارند.

معایب موتور براشلس

قیمت بالا

موتورهای براشلس آن طور که انتظار می‌رفت مورد استقبال قرار نگرفتند. گران‌قیمت بودن این موتورها دلیل اصلی عدم استقبال زیاد از آنها است. در نتیجه این موتورها برای وسایل مقرون به صرفه مانند اسباب‌بازی‌ها ابزارهای ارزان‌قیمت مناسب نیستند.

موتورهای براشلس دارای مجموعه پیشرفته‌ای از آهنرباهای الکتریکی هستند. استفاده از آهنرباهای الکتریکی به معنای به کارگیری سیم‌پیچ‌های بیشتر است. این سیم‌پیچ‌ها از اجزای بسیار گران‌قیمت یک موتور هستند. همچنین موتورهای براشلس به یک قطعه الکتریکی دیگری تحت عنوان کنترل‌کننده الکترونیکی سرعت (ESC) نیاز دارند که قیمت آنها را بیشتر می‌کند.

سیم‌کشی پیچیده

یکی از مزیت‌های موتور براش این است که می‌توان به راحتی آن را به منبع تغذیه جریان مستقیم وصل کرد. برای راه‌اندازی موتور براش، تنها لازم است که یک منبع برق به پایانه‌های مثبت و منفی آن وصل شود؛ اما ساختار موتورهای براشلس چندان ساده نیست. همان‌طور که قبلاً گفته شد، یک موتور براشلس باید با یک کنترل‌کننده الکترونیکی سرعت کنترل شود که درواقع جریان موجود در هر آهنربای الکتریکی را کنترل می‌کند. این سیم‌کشی پیچیده، عیب‌یابی و تعمیر این موتورها را پیچیده‌تر می‌کند.

انواع موتور براشلس

اساساً، موتورهای جریان مستقیم براشلس دو نوع هستند: موتور دارای روتور بیرونی و دیگری موتور دارای روتور داخلی. تفاوت اصلی بین این دو فقط در طراحی آنها بوده و کاربرد آنها یکسان است.

موتور براشلس با روتور داخلی

در طراحی این نوع موتور، روتور در مرکز موتور قرار گرفته و سیم‌پیچ استاتور آن را احاطه کرده است. به دلیل قرارگیری در مرکز، آهنرباهای روتور گرما را داخل محفظه موتور نگه نمی‌دارد؛ بنابراین گرما به راحتی از بین می‌رود. به همین دلیل موتور با روتور داخلی مقدار زیادی گشتاور تولید کرده و به درستی از این گشتاور استفاده می‌کند.

موتور براشلس با روتور خارجی

در ساختار این نوع موتور، روتور سیم‌پیچ واقع در مرکز موتور را احاطه می‌کند. آهنرباهای روتور گرما را داخل موتور نگه داشته و اجازه نمی‌دهند از موتور خارج شود. این نوع موتورها با جریان و گشتاور کمی کار می‌کنند.

کاربرد موتور براشلس

موتورهای براشلس کاربردهای گسترده‌ای دارند. در این بخش به کاربردهای مختلف آنها می‌پردازیم.

وسایل حمل و نقل

موتورهای براشلس در وسایل نقلیه الکتریکی، وسایل نقلیه هیبریدی و هواپیماهای الکتریکی استفاده می‌شوند.

ابزار شارژی

در بسیاری از ابزارهای شارژی مدرن، از جمله برخی چمن‌زن‌، برگ جمع کن، اره دیسکی و افقی بر و همچنین دریل‌های شارژی از موتورهای براشلس استفاده می‌کنند.

گرمایش و تهویه

در صنایعی مانند گرمایش، تهویه مطبوع و صنایع برودتی استفاده از موتورهای براشلس به جای موتورهای جریان متناوب رایج است. مهم‌ترین دلیل محبوبیت موتورهای براشلس در این صنایع این است که نسبت به موتورهای جریان متناوب معمولی مصرف انرژی کمتری دارند.

صنایع مختلف

بیشترین کاربرد موتورهای DC براشلس در صنایع مختلف در بخش کنترل حرکت، محرک‌های خطی، سرووموتورها، محرک ربات‌های صنعتی، موتورهای محرک اکسترودر و درایوهای تغذیه برای ابزارهای CNC است.

سوالات متداول

اسپید کنترل موتور براشلس چیست؟

اسپید کنترل یا ESC قطعه‌ای است که جریان ورودی به سیم‎‌پیچ‌ها و در نتیجه توان کل موتور را کنترل می‌کند.

چرا موتور براشلس سه سیم دارد؟

در موتورهای براشلس سه جفت سیم‌پیچ وجود دارد؛ بنابراین، سه عدد سیم به موتور متصل شده تا انرژی لازم را به صورت مجزا به هر یک از این سیم‌پیچ‌ها برساند.