mamadshumakher
18th August 2012, 03:36 AM
مقدمه
موتورهاي آهنرباي دائم بدون جاروب در تجهيزات كامپيوتري، ربات ها و وسايل الكتريكي استفاده مي شوند. براي كاربردهايي با سرعت پائين، استفاده از موتورهاي آهنرباي دائم ، نياز به گيربكس را كه در ماشينهاي القائي استاندارد وجود دارد، حذف ميكند.
گيربكس ها در مرور زمان دچار فرسايش و شكستگي شده و تعمير آنها هزينه بردار مي باشد. همچنين در حين كار، به جز ايجاد سر و صداي اضافي، مقداري از توان مكانيكي موتور را نيز مصرف ميكنند.
در مورد موتورهاي جريان مستقيم با جاروبك كه عمل كموتاسيون در آنها توسط جاروبك كه يك بخش مكانيكي بوده انجام مي گيرد بايد گفت كه اولاً هر بخش مكانيكي نياز به تعمير و نگهداري دارد كه اين مورد نيز مستثني نيست، ثانياً به دليل اصطكاك موجود بين اجزاء اين بخش از راندمان موتور كاسته ميشود و ثالثاً جرقه هاي به وجود آمده در هنگام تعويض قطبها نيز احتمال آتش گرفتن موتور را افزايش ميدهد.
به منظور فرار از اين مشكلات با كمك گرفتن از خاصيت ميدان مغناطيسي، كنترل موتورهاي DC به صورت الكتريكي صورت مي گيرد. به علت اين كه عملكرد اين كنترل كننده با شناسايي موقعيت روتور صورت مي پذيرد، موتور قدرت كنترل سرعت و گشتاور را نيز خواهد داشت كه احتياج به انكودر را نيز حذف مي كند. به اين گونه از موتورها اصطلاحاً موتورهاي آهنرباي دائم جريان مستقيم بدون جاروبك گفته مي شود .
امروزه، اين ماشين ها به طور گسترده براي توربين هاي بادي و محركه هاي قايق ها مورد استفاده قرار ميگيرند .استفاده از اين نوع ماشين ها در اين وسايل، باعث كاهش سر و صدا و كاهش نشتي روغن مي گردد. تعداد زياد قطب ها و قطر بزرگ اين نوع موتورها، به دليل داشتن سرعتهاي پائين مي توان از مشخصه هاي آنها برشمرد.
در انتهای این پروژه يك كاربرد صنعتي كه احتياج به توان 300 وات و سرعت مجاز 220 دور بر دقيقه دارد تمركز پيدا كرده است. اين موتور مربوط به كاربردهاي سرعت كم است و با توجه به اينكه موتورهاي BLDC براي سرعتهاي خيلي زياد نيز كاربرد دارند، درهنگام طراحي بايد مواردي از جمله ميزان نوسان گشتاور، ميزان سر و صدا، نحوه قرارگيري آهنرباها، نوع بلبرينگ مورد استفاده و نحوه خنك كاري سيم پيچها مورد بررسي قرار گيرد. هركدام از اين موارد تاثيري بر روي راندمان و پارامترهاي اصلي طراحي خواهد داشت. درايور اينگونه از موتورها نسبت به موتورهاي سرعت بالا نيز داراي تفاوتهايي است كه مهمترين آن تعداد دفعات كليدزني در هر چرخش مي باشد كه خود آن به خاطر تلفاتي كه ايجاد مي كند بر روي راندمان تاثير مي گذارد.
مهمترين هدف در مورد نحوه طراحي موتور، كاركرد مداوم آن مي باشد. براي رسيدن به اين هدف، با توجه به شرايط كاري موتور، انتخاب مناسبي از شكل و پوسته آن مطلوب است .
درحال حاضر، انتخاب بهينه پارامترهاي موتور و بدست آوردن روابط كاملتر، زمينه اي است كه محققين در تلاش براي يافتن آن ميباشند . به عنوان مثال، آقاي Song ، روشي را براي طراحي موتوري بدون بلبرينگ ارائه داده است . در اين روش، طراحي به گونه اي انجام گرفته است كه نيروي مغناطيسي بتواند روتور را به صورت معلق در هوا و بين استاتور قرار دهد. آقاي Libert و همكارانش نيز روش طراحي خود را در زمينه موتورهايي كه داراي سرعت پائين مي باشند و به طور مستقيم به بار خارجي متصل مي گردند، بررسي كرده اند .
موتورهای dc بدون جاروبک موتورهای جریان مستقیم فاقد جاروبک متورهای دی سی براش لسپروژه طراحی موتور dc بدون جاروبک 300 وات پروژه دانشجوییbrushless dc motor BLDC brushles mutor
- 1. جزئیات ساختاري
جهت درك بهتر عملكرد موتور BLDC ، بهتر است تا مروري برساختار و چگونگي عملكرد موتور DC داشته باشيم. با توجه به بهره گيري عمومي از سيستمهاي توليد، انتقال و توزيع ac به جاي dc ، ماشينهاي dc در حال حاضر تقريباً به طور منحصر به فرد به عنوان موتور مورد استفاده قرار مي گيرند.
پيشرفت مبدلهاي نيمه هادي مطمئن، اعتبار و محبوبيت موتورهاي dc را در بسياري از كاربردهاي صنعتي تحت تأثير قرار داده است . علي رغم اين امر، هنوز موتورهاي dc در زمينه محركه هاي با سرعت متغير مورد استفاده هستند. مواردي نظير : غلتكهاي نورد ، جرثقيل هاي سقفي و ساير كاربردهايي كه نيازمند كنترل دقيق گشتاور و يا سرعت مي باشد .
اين موتورها همچنين در وسايلي كه با باتري راه اندازي مي شوند (مثل قايقهاي شناور ) و ليفتراكها و براي راه اندازي لوكوموتيوهاي راه آهن مورد استفاده قرار مي گيرند.
موتورهاي dc كوچك، بيشتر از نوع آهنرباهاي دائم، به صورت گسترده در خودروها به كار مي روند. مثل موتورهاي استارت ، موتورهاي برف پاك كن ، موتورهاي بالا بر شيشه، موتورهاي پروانه و موتورهاي مربوط به راه اندازي ساير لوازم جانبي .
به طور معمول، ماشین dc شامل سه قسمت می باشد: سیستم میدان (معمولاً شامل قطبهاي اصلی،قطبهاي کمکی یا کموتاسیون و سیم پیچهاي جبران کننده ) ، آرمیچر و کموتاتور .
سیستم میدان ماشین dc بر روي استاتور آن استقرار می یابد، در حالی که آرمیچر بر روي روت ورجاي داده می شود.
قطبهاي کمکی براي بهبود شرایط کموتاسیون در ماشین طراحی شده اند، این قطبها بین قطبهاي اصلی قرار می گیرند .
سیم پیچ جبران کننده نیز در پیشانی چاك خورده قطب جهت بهبود کموتاسیون ، مشابه قطبهاي کمکی به کار می روند . البته سیم پیچهاي جبران کننده بسیار گران قیمت بوده و در موتورهاي کوچک صرفا در کاربردهاي شتاب بالا و تغییر دور ناگهانی بکار میروند .
موتورهای dc بدون جاروبک موتورهای جریان مستقیم فاقد جاروبک متورهای دی سی براش لسپروژه طراحی موتور dc بدون جاروبک 300 وات پروژه دانشجوییbrushless dc motor BLDC brushles mutor
1- 1- 1. استاتور ماشین dc
استاتور ماشین dc شامل یوغ ( یا هسته استاتور )، قطبهاي اصلی و قطبهاي کموتاسیون می باشد . یوغ علاوه بر اینکه بخشی از مدار مغناطیسی است، به عنوان نگهدارنده مکا نیکی سیستم میدان نیز عمل می کند.
در گذشته یوغ هاي یکپارچه چدنی مورد استفاده قرار می گرفت . سپس یوغ هاي فولاد ریخته بخاطر چگالی شار اشباعی در حدود دو برابر ، جایگزین چدن شد ه باعث کاهش چشمگیر سطح مقطع یوغ ها و نیز وزن و ابعاد ماشین گردید .
در حال حاضر استفاده از یوغ هاي مورقی از جنس فولادهاي الکتریکی مرسوم است . این امر بدین علت است که اغلب موتورهاي صنعتی پیشرفته از مبدلهاي قدرت استاتیکی تغذیه می شوند که در کنار فراهم سازي تغذیه متغیر مطلوب، جریانهاي هارمونیکی در ماشین تزریق می کنند .
در موتورهاي با اندازه قاب تا 180 عموماً براي ساخت استاتور، ورقه هاي یک تکه مورد استاده قرار میگیرد.
براي اندازه هاي بزرگتر، سیم پیچی نمودن سیم پیچهاي میدان اصلی بر روي استاتور جمع شده مشکل می گردد. این امر استفاده از ورقه هاي مجزا براي قطب اصلی را ایجاب می نماید ، یعنی قبل از اینکه کل مجموعه در محل پیچ شود، قطب ساخته شده و سیم پیچ میدان رو ي آن سوار می شود.
2- 1- 1. سیم پیچهاي میدان
هنگامی که قطبهاي اصلی مونتاز می شوند، سیم پیچهاي میدان اصلی همراه با لایه هایی از عایق، مستقیماً روي قطبها سیم پیچی می شوند .
در ماشینهاي dc کوچک عموماً سیمهاي مسی گرد به کار برده می شوند .
سیم پیچهاي میدان سري ممکن است در بالاي سیم پیچهاي شنت (موازي) قرار گرفته و یا به صورت سیم پیچی جداگانه مورد استفاده قرار گیرند . در هر دو حالت، دو سیم پیچی باید به طور مناسب از یکدیگر عایق شده باشند .
هنگامی که قطبهاي کمکی (قطبهاي کموتاسیون ) در یک ماشین dc کوچک به کار می روند، سیم پیچها (از سیم گرد ) مستقیماً روي بدنه قطب کمکی سیم پیچی می شوند.
3- 1- 1. موتورهاي آهنرباي دائم
در یک موتور dc آهنرباي دائم معمول، تحریک بوسیله یک قطعه آهنرباي قوسی شکل که مستقیماً روي یوغ سوار شده است، ایجاد می گردد .
این مسئله عموماً موتورهاي کوچکتر و سبکتر و نیز با راندمان بیشتر را موجب می گردد
استفاده از این ساختار، در وسایل مربوط به خودرو و در صندلی هاي چر خ دار برقی و نیز محرکهاي جرثقیل هاي چنگک دار بسیار متداول می باشد .
اگر چه ممکن است سیستمهاي تحریک آهنرباي دائم براي شش قطب یا بیشتر تحقق یابد، اما ترکیبهاي دو قطب و چهار قطب به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.
قطعات قطب آهنربا هر یک، بسته به ماده آهنرباي دائم مورد استفاده، در جهتشعاعی یا محیطی مغناطیسی می شوند .
مقدار پسماند زدایی پائین آهنرباهاي آلنیکو، مغناطیس شدن محیطی را ایجاب می نماید که منجر به سیستم تحریکی محیطی می گردد . قطبهاي آهنرباي آلنیکو معمولاً با کفشکهاي قطب آهنی تهیه می شوند.
هنگامی که آهنرباهاي خاك کمیاب یا سرامیکی (فریت) مورد استفاده قرار می گیرند، پسماند زدایی بالاي آنها اجازه مغناطیس شدن در جهت شعاعی را می دهد .
قطعات آهنرباي از پیش مغناطیس شده به سادگی بوسیله چسب صنعتی به یو غ فولاد ریخته می چسبند .
آهنرباهاي آلنیکو ( 240 - KA/m 480 ) معمولاً، امکان مغناطیس شدن در محل پس از مونتاژ و نیز مغناطیس زدایی جهت انجام هرگونه کار تعمیر را خواهد داد .
اما مغناطیس نمودن سایر آهنرباها بدلیل ملزومات مغناطیس کنندگی بالاي آنها : آهنرباهاي سرامیکی ( 875- KA/m 1800 ) ، آهنرباهاي ساماریوم -کبالت (1590 KA/m 3980 - )و آهنرباهاي نئودیمیوم - آهن- بورون (590 KA/m 2790 - ) در مقایسه با آلنیکوها، در محل تقریبا غیر ممکن خواهد بود .
سوار کردن قطعات آهنرباهاي از پیش مغناطیس شده نیز هزینه ساخت را افزایش می دهد . به هر حال، نصب سیم پیچهاي مغناطیس کنندگی در موتورهاي آهنرباي دائم سرام یکی کوچک غیر عملی بوده و در اغلب موارد جهت کاهش اندازه موتور، هزینه بالاي آهنرباها ي خاك کمیاب تحمیل می گردد.
موتورهای dc بدون جاروبک موتورهای جریان مستقیم فاقد جاروبک متورهای دی سی براش لسپروژه طراحی موتور dc بدون جاروبک 300 وات پروژه دانشجوییbrushless dc motor BLDC brushles mutor
4- 1- 1. آرمیچر
اگر چه می توان در ساخت مجموعه میدان، ورقه هاي نسبتاً ضخیم (تا ضخامت 2 میلی متر) یا حتی قطبهاي یکپارچه (با بدون کفشکهاي قطب مورق ) را به کار
برد، در آرمیچر ماشین dc ورقه هاي فولاد سیلیکون دار نازك با تلفات پائین (با ضخامت 35 / 0، 5/ 0 و 65 / 0 میلی متر ) مورد استفاده قرار می گیرند .
ورقه هاي آرمیچر ماشینهاي dc کوچک معمولاً به صورت یکپارچه با فشار روي هم محکم می شوند . این ورقه ها در بعضی مواقع، با سوراخهاي محوري تهویه ایجاد می گردند.
5- 1- 1. سیم پیچی آرمیچر
براي سیم پیچی آرمیچر ماشین dc کوچک، سیم پیچهاي چند دوري از هادیهاي مسی گرد مورد استفاده قرار می گیرد .
سیم پیچی آرمیچر ماشین dc معمولاً یک سیم پیچی چند لایه می باشد، و در مورد ماشینهاي کوچک این سیم پیچی دو لایه است . به طوریکه سیم پیچی هاي حلقوي ساده یا موجی ساده را می توان مورد استفاده قرار داد .
به طور کلی، انتخاب بین دو نوع سیم پیچی در درجه اول، از مقدار جری ان در هر مسیر از سیم پیچی آرمیچر تبعیت می کند که عملاً مقدار ماکزیموم 250 آمپر را داراست.
6- 1- 1. کموتاتور
کموتاتور یک ماشین dc کوچک شامل تعدادي تیغه مسی گوه اي شکل می باشند که از یکدیگر عایق بوده و به هادیهاي آرمیچر متصل می شوند .
تیغه هاي کموتاتور از مس سخت کشیده یا مس مخلوط با نقره ( حدوداً شامل 5 درصد نقره ) ساخته شده و با لبه هاي پهن شده فراهم می گردند تا بتوان هادیهاي آرمیچر را لحیم نموده و جوش داد .
جدا کننده هاي به کار برده شده جهت عایق نمودن تیغه هاي کموتاتور از یکدیگر، باید خواص مکانیکی مقاوم و پایداري داشته باشند . این امر بدین علت است که کیفیت کموتاسیون، از بین عوامل مختلف به فاصله صحیح تیغه تا تیغه که قطعاً به ضخامت عایق وابسته است بستگی دارد جدا کننده هاي به کار برده شده براي این منظور عموماً از ترکیب میک اي تجزیه شده- لاك شیشه اي ( 96 درصد میکا ) یا با ترکیب میکاي خالص - رزین- اپوکسی ( که سامیکانایت نامیده می شود)می باشند .
درجه میکاي به کار رفته و نوع ماده سخت کننده، سختی و قابلیت ارتجا ع جداکننده را مشخص می نماید .
7- 1- 1. لوازم جاروبک لوازم جاروبک شامل مجموعه اي از نگهدارنده هاي جاروبک می باشد که روي یک یوغ با ماده عایقی مناسب سوار شده و جاروبکهاي کربنی را با قابلیت هدایت الکتریکی و س ختی مناسب در خود جاي می دهند.
نگهدارنده جاروبک در واقع جعبه اي فلزي است که سر و ته آن باز است، با یک فنر قابل تنظیم تج هیز شده و بسیار نزدیک به سطح کموتاتور مستقر می گردد . جاروبک از انتهاي نگهدارنده، داخل آن شده و از انتهاي دیگر بوسیله یک فنر با فشار در برابر سطح کموتاتور قرار می گیرد .
جاروبکهاي ساخته شده از گرافیت طبیعی ، کربن سخت ، الکتروگرافیت یا متال گرافیت در دسترس هستند.
گرافیت طبیعی که یک رزین سخت کننده در سرعت بالا داراي مشخصات مکان یکی خوبی است اما در عوض قابلیت هدایت کمی دارد (ناشی از مقدار رزین موجود ).قابلیت هدایت پایین موجب افزایش افت ولتاژ اتصال می شود این جاروبکها جهت استفاده در موتورهاي کوچک که معمولاً قطبهاي کمکی در آنها به کار نرفته است ، مناسب می باشند .
کربن سخت جاروبک هایی سخت اما ارزان را ارائه می نماید . سختی این جاروبک ها موجب سائیدگی و فرسودگی نسبتاً زیاد کموتاتور می گردد .
این جاروبک ها اغلب در ماشینهاي کسري از اسب بخار و در بعضی از موتو رهاي دور پائین بزرگتر مورد استفاده قرار می گیرند .
جاروبک هاي الکتروگرافیت مقدار سائیدگی پائینی دارند و بنابراین، به طور گسترده در موتورهاي صنعتی و کاربردهاي حمل و نقل به کار برده می شوند .
جاروبک هاي متال گرافیت قابلیت هدایت بالایی را دارا می باشند که ای ن امر مقدار پائین افت ولتاژ اتصال را موجب می گردد . این نوع جاروبک براي کاربردهاي ولتاژ پائین جریان بالا مثل موتورها ي استارت اتومبیل مناسب می باشد .
سه روش جهت به کارگیري جاروبک ها در کموتاتور معمول است . این سه روش : شعاعی، شیب موافق و شیب مخالف حرکت کموتاتور می باشند .
در بیشتر موارد جاروبک ها به صورت شعاعی به کار می روند، بدین معنی که خط مرکز آنها منطبق بر شعاع کموتاتور می باشد . این روش، موتوري با عملکرد مشابه در هر دو جهت چرخش را نتیجه می دهد. در ماشین هاي با سرعت بالا که جهت چرخش غیر قابل تغییر است ممکن است جاروبکها در جهت موافق یا در جهت مخالف حرکت کموتاتور متمایل شوند
موتورهاي آهنرباي دائم بدون جاروب در تجهيزات كامپيوتري، ربات ها و وسايل الكتريكي استفاده مي شوند. براي كاربردهايي با سرعت پائين، استفاده از موتورهاي آهنرباي دائم ، نياز به گيربكس را كه در ماشينهاي القائي استاندارد وجود دارد، حذف ميكند.
گيربكس ها در مرور زمان دچار فرسايش و شكستگي شده و تعمير آنها هزينه بردار مي باشد. همچنين در حين كار، به جز ايجاد سر و صداي اضافي، مقداري از توان مكانيكي موتور را نيز مصرف ميكنند.
در مورد موتورهاي جريان مستقيم با جاروبك كه عمل كموتاسيون در آنها توسط جاروبك كه يك بخش مكانيكي بوده انجام مي گيرد بايد گفت كه اولاً هر بخش مكانيكي نياز به تعمير و نگهداري دارد كه اين مورد نيز مستثني نيست، ثانياً به دليل اصطكاك موجود بين اجزاء اين بخش از راندمان موتور كاسته ميشود و ثالثاً جرقه هاي به وجود آمده در هنگام تعويض قطبها نيز احتمال آتش گرفتن موتور را افزايش ميدهد.
به منظور فرار از اين مشكلات با كمك گرفتن از خاصيت ميدان مغناطيسي، كنترل موتورهاي DC به صورت الكتريكي صورت مي گيرد. به علت اين كه عملكرد اين كنترل كننده با شناسايي موقعيت روتور صورت مي پذيرد، موتور قدرت كنترل سرعت و گشتاور را نيز خواهد داشت كه احتياج به انكودر را نيز حذف مي كند. به اين گونه از موتورها اصطلاحاً موتورهاي آهنرباي دائم جريان مستقيم بدون جاروبك گفته مي شود .
امروزه، اين ماشين ها به طور گسترده براي توربين هاي بادي و محركه هاي قايق ها مورد استفاده قرار ميگيرند .استفاده از اين نوع ماشين ها در اين وسايل، باعث كاهش سر و صدا و كاهش نشتي روغن مي گردد. تعداد زياد قطب ها و قطر بزرگ اين نوع موتورها، به دليل داشتن سرعتهاي پائين مي توان از مشخصه هاي آنها برشمرد.
در انتهای این پروژه يك كاربرد صنعتي كه احتياج به توان 300 وات و سرعت مجاز 220 دور بر دقيقه دارد تمركز پيدا كرده است. اين موتور مربوط به كاربردهاي سرعت كم است و با توجه به اينكه موتورهاي BLDC براي سرعتهاي خيلي زياد نيز كاربرد دارند، درهنگام طراحي بايد مواردي از جمله ميزان نوسان گشتاور، ميزان سر و صدا، نحوه قرارگيري آهنرباها، نوع بلبرينگ مورد استفاده و نحوه خنك كاري سيم پيچها مورد بررسي قرار گيرد. هركدام از اين موارد تاثيري بر روي راندمان و پارامترهاي اصلي طراحي خواهد داشت. درايور اينگونه از موتورها نسبت به موتورهاي سرعت بالا نيز داراي تفاوتهايي است كه مهمترين آن تعداد دفعات كليدزني در هر چرخش مي باشد كه خود آن به خاطر تلفاتي كه ايجاد مي كند بر روي راندمان تاثير مي گذارد.
مهمترين هدف در مورد نحوه طراحي موتور، كاركرد مداوم آن مي باشد. براي رسيدن به اين هدف، با توجه به شرايط كاري موتور، انتخاب مناسبي از شكل و پوسته آن مطلوب است .
درحال حاضر، انتخاب بهينه پارامترهاي موتور و بدست آوردن روابط كاملتر، زمينه اي است كه محققين در تلاش براي يافتن آن ميباشند . به عنوان مثال، آقاي Song ، روشي را براي طراحي موتوري بدون بلبرينگ ارائه داده است . در اين روش، طراحي به گونه اي انجام گرفته است كه نيروي مغناطيسي بتواند روتور را به صورت معلق در هوا و بين استاتور قرار دهد. آقاي Libert و همكارانش نيز روش طراحي خود را در زمينه موتورهايي كه داراي سرعت پائين مي باشند و به طور مستقيم به بار خارجي متصل مي گردند، بررسي كرده اند .
موتورهای dc بدون جاروبک موتورهای جریان مستقیم فاقد جاروبک متورهای دی سی براش لسپروژه طراحی موتور dc بدون جاروبک 300 وات پروژه دانشجوییbrushless dc motor BLDC brushles mutor
- 1. جزئیات ساختاري
جهت درك بهتر عملكرد موتور BLDC ، بهتر است تا مروري برساختار و چگونگي عملكرد موتور DC داشته باشيم. با توجه به بهره گيري عمومي از سيستمهاي توليد، انتقال و توزيع ac به جاي dc ، ماشينهاي dc در حال حاضر تقريباً به طور منحصر به فرد به عنوان موتور مورد استفاده قرار مي گيرند.
پيشرفت مبدلهاي نيمه هادي مطمئن، اعتبار و محبوبيت موتورهاي dc را در بسياري از كاربردهاي صنعتي تحت تأثير قرار داده است . علي رغم اين امر، هنوز موتورهاي dc در زمينه محركه هاي با سرعت متغير مورد استفاده هستند. مواردي نظير : غلتكهاي نورد ، جرثقيل هاي سقفي و ساير كاربردهايي كه نيازمند كنترل دقيق گشتاور و يا سرعت مي باشد .
اين موتورها همچنين در وسايلي كه با باتري راه اندازي مي شوند (مثل قايقهاي شناور ) و ليفتراكها و براي راه اندازي لوكوموتيوهاي راه آهن مورد استفاده قرار مي گيرند.
موتورهاي dc كوچك، بيشتر از نوع آهنرباهاي دائم، به صورت گسترده در خودروها به كار مي روند. مثل موتورهاي استارت ، موتورهاي برف پاك كن ، موتورهاي بالا بر شيشه، موتورهاي پروانه و موتورهاي مربوط به راه اندازي ساير لوازم جانبي .
به طور معمول، ماشین dc شامل سه قسمت می باشد: سیستم میدان (معمولاً شامل قطبهاي اصلی،قطبهاي کمکی یا کموتاسیون و سیم پیچهاي جبران کننده ) ، آرمیچر و کموتاتور .
سیستم میدان ماشین dc بر روي استاتور آن استقرار می یابد، در حالی که آرمیچر بر روي روت ورجاي داده می شود.
قطبهاي کمکی براي بهبود شرایط کموتاسیون در ماشین طراحی شده اند، این قطبها بین قطبهاي اصلی قرار می گیرند .
سیم پیچ جبران کننده نیز در پیشانی چاك خورده قطب جهت بهبود کموتاسیون ، مشابه قطبهاي کمکی به کار می روند . البته سیم پیچهاي جبران کننده بسیار گران قیمت بوده و در موتورهاي کوچک صرفا در کاربردهاي شتاب بالا و تغییر دور ناگهانی بکار میروند .
موتورهای dc بدون جاروبک موتورهای جریان مستقیم فاقد جاروبک متورهای دی سی براش لسپروژه طراحی موتور dc بدون جاروبک 300 وات پروژه دانشجوییbrushless dc motor BLDC brushles mutor
1- 1- 1. استاتور ماشین dc
استاتور ماشین dc شامل یوغ ( یا هسته استاتور )، قطبهاي اصلی و قطبهاي کموتاسیون می باشد . یوغ علاوه بر اینکه بخشی از مدار مغناطیسی است، به عنوان نگهدارنده مکا نیکی سیستم میدان نیز عمل می کند.
در گذشته یوغ هاي یکپارچه چدنی مورد استفاده قرار می گرفت . سپس یوغ هاي فولاد ریخته بخاطر چگالی شار اشباعی در حدود دو برابر ، جایگزین چدن شد ه باعث کاهش چشمگیر سطح مقطع یوغ ها و نیز وزن و ابعاد ماشین گردید .
در حال حاضر استفاده از یوغ هاي مورقی از جنس فولادهاي الکتریکی مرسوم است . این امر بدین علت است که اغلب موتورهاي صنعتی پیشرفته از مبدلهاي قدرت استاتیکی تغذیه می شوند که در کنار فراهم سازي تغذیه متغیر مطلوب، جریانهاي هارمونیکی در ماشین تزریق می کنند .
در موتورهاي با اندازه قاب تا 180 عموماً براي ساخت استاتور، ورقه هاي یک تکه مورد استاده قرار میگیرد.
براي اندازه هاي بزرگتر، سیم پیچی نمودن سیم پیچهاي میدان اصلی بر روي استاتور جمع شده مشکل می گردد. این امر استفاده از ورقه هاي مجزا براي قطب اصلی را ایجاب می نماید ، یعنی قبل از اینکه کل مجموعه در محل پیچ شود، قطب ساخته شده و سیم پیچ میدان رو ي آن سوار می شود.
2- 1- 1. سیم پیچهاي میدان
هنگامی که قطبهاي اصلی مونتاز می شوند، سیم پیچهاي میدان اصلی همراه با لایه هایی از عایق، مستقیماً روي قطبها سیم پیچی می شوند .
در ماشینهاي dc کوچک عموماً سیمهاي مسی گرد به کار برده می شوند .
سیم پیچهاي میدان سري ممکن است در بالاي سیم پیچهاي شنت (موازي) قرار گرفته و یا به صورت سیم پیچی جداگانه مورد استفاده قرار گیرند . در هر دو حالت، دو سیم پیچی باید به طور مناسب از یکدیگر عایق شده باشند .
هنگامی که قطبهاي کمکی (قطبهاي کموتاسیون ) در یک ماشین dc کوچک به کار می روند، سیم پیچها (از سیم گرد ) مستقیماً روي بدنه قطب کمکی سیم پیچی می شوند.
3- 1- 1. موتورهاي آهنرباي دائم
در یک موتور dc آهنرباي دائم معمول، تحریک بوسیله یک قطعه آهنرباي قوسی شکل که مستقیماً روي یوغ سوار شده است، ایجاد می گردد .
این مسئله عموماً موتورهاي کوچکتر و سبکتر و نیز با راندمان بیشتر را موجب می گردد
استفاده از این ساختار، در وسایل مربوط به خودرو و در صندلی هاي چر خ دار برقی و نیز محرکهاي جرثقیل هاي چنگک دار بسیار متداول می باشد .
اگر چه ممکن است سیستمهاي تحریک آهنرباي دائم براي شش قطب یا بیشتر تحقق یابد، اما ترکیبهاي دو قطب و چهار قطب به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.
قطعات قطب آهنربا هر یک، بسته به ماده آهنرباي دائم مورد استفاده، در جهتشعاعی یا محیطی مغناطیسی می شوند .
مقدار پسماند زدایی پائین آهنرباهاي آلنیکو، مغناطیس شدن محیطی را ایجاب می نماید که منجر به سیستم تحریکی محیطی می گردد . قطبهاي آهنرباي آلنیکو معمولاً با کفشکهاي قطب آهنی تهیه می شوند.
هنگامی که آهنرباهاي خاك کمیاب یا سرامیکی (فریت) مورد استفاده قرار می گیرند، پسماند زدایی بالاي آنها اجازه مغناطیس شدن در جهت شعاعی را می دهد .
قطعات آهنرباي از پیش مغناطیس شده به سادگی بوسیله چسب صنعتی به یو غ فولاد ریخته می چسبند .
آهنرباهاي آلنیکو ( 240 - KA/m 480 ) معمولاً، امکان مغناطیس شدن در محل پس از مونتاژ و نیز مغناطیس زدایی جهت انجام هرگونه کار تعمیر را خواهد داد .
اما مغناطیس نمودن سایر آهنرباها بدلیل ملزومات مغناطیس کنندگی بالاي آنها : آهنرباهاي سرامیکی ( 875- KA/m 1800 ) ، آهنرباهاي ساماریوم -کبالت (1590 KA/m 3980 - )و آهنرباهاي نئودیمیوم - آهن- بورون (590 KA/m 2790 - ) در مقایسه با آلنیکوها، در محل تقریبا غیر ممکن خواهد بود .
سوار کردن قطعات آهنرباهاي از پیش مغناطیس شده نیز هزینه ساخت را افزایش می دهد . به هر حال، نصب سیم پیچهاي مغناطیس کنندگی در موتورهاي آهنرباي دائم سرام یکی کوچک غیر عملی بوده و در اغلب موارد جهت کاهش اندازه موتور، هزینه بالاي آهنرباها ي خاك کمیاب تحمیل می گردد.
موتورهای dc بدون جاروبک موتورهای جریان مستقیم فاقد جاروبک متورهای دی سی براش لسپروژه طراحی موتور dc بدون جاروبک 300 وات پروژه دانشجوییbrushless dc motor BLDC brushles mutor
4- 1- 1. آرمیچر
اگر چه می توان در ساخت مجموعه میدان، ورقه هاي نسبتاً ضخیم (تا ضخامت 2 میلی متر) یا حتی قطبهاي یکپارچه (با بدون کفشکهاي قطب مورق ) را به کار
برد، در آرمیچر ماشین dc ورقه هاي فولاد سیلیکون دار نازك با تلفات پائین (با ضخامت 35 / 0، 5/ 0 و 65 / 0 میلی متر ) مورد استفاده قرار می گیرند .
ورقه هاي آرمیچر ماشینهاي dc کوچک معمولاً به صورت یکپارچه با فشار روي هم محکم می شوند . این ورقه ها در بعضی مواقع، با سوراخهاي محوري تهویه ایجاد می گردند.
5- 1- 1. سیم پیچی آرمیچر
براي سیم پیچی آرمیچر ماشین dc کوچک، سیم پیچهاي چند دوري از هادیهاي مسی گرد مورد استفاده قرار می گیرد .
سیم پیچی آرمیچر ماشین dc معمولاً یک سیم پیچی چند لایه می باشد، و در مورد ماشینهاي کوچک این سیم پیچی دو لایه است . به طوریکه سیم پیچی هاي حلقوي ساده یا موجی ساده را می توان مورد استفاده قرار داد .
به طور کلی، انتخاب بین دو نوع سیم پیچی در درجه اول، از مقدار جری ان در هر مسیر از سیم پیچی آرمیچر تبعیت می کند که عملاً مقدار ماکزیموم 250 آمپر را داراست.
6- 1- 1. کموتاتور
کموتاتور یک ماشین dc کوچک شامل تعدادي تیغه مسی گوه اي شکل می باشند که از یکدیگر عایق بوده و به هادیهاي آرمیچر متصل می شوند .
تیغه هاي کموتاتور از مس سخت کشیده یا مس مخلوط با نقره ( حدوداً شامل 5 درصد نقره ) ساخته شده و با لبه هاي پهن شده فراهم می گردند تا بتوان هادیهاي آرمیچر را لحیم نموده و جوش داد .
جدا کننده هاي به کار برده شده جهت عایق نمودن تیغه هاي کموتاتور از یکدیگر، باید خواص مکانیکی مقاوم و پایداري داشته باشند . این امر بدین علت است که کیفیت کموتاسیون، از بین عوامل مختلف به فاصله صحیح تیغه تا تیغه که قطعاً به ضخامت عایق وابسته است بستگی دارد جدا کننده هاي به کار برده شده براي این منظور عموماً از ترکیب میک اي تجزیه شده- لاك شیشه اي ( 96 درصد میکا ) یا با ترکیب میکاي خالص - رزین- اپوکسی ( که سامیکانایت نامیده می شود)می باشند .
درجه میکاي به کار رفته و نوع ماده سخت کننده، سختی و قابلیت ارتجا ع جداکننده را مشخص می نماید .
7- 1- 1. لوازم جاروبک لوازم جاروبک شامل مجموعه اي از نگهدارنده هاي جاروبک می باشد که روي یک یوغ با ماده عایقی مناسب سوار شده و جاروبکهاي کربنی را با قابلیت هدایت الکتریکی و س ختی مناسب در خود جاي می دهند.
نگهدارنده جاروبک در واقع جعبه اي فلزي است که سر و ته آن باز است، با یک فنر قابل تنظیم تج هیز شده و بسیار نزدیک به سطح کموتاتور مستقر می گردد . جاروبک از انتهاي نگهدارنده، داخل آن شده و از انتهاي دیگر بوسیله یک فنر با فشار در برابر سطح کموتاتور قرار می گیرد .
جاروبکهاي ساخته شده از گرافیت طبیعی ، کربن سخت ، الکتروگرافیت یا متال گرافیت در دسترس هستند.
گرافیت طبیعی که یک رزین سخت کننده در سرعت بالا داراي مشخصات مکان یکی خوبی است اما در عوض قابلیت هدایت کمی دارد (ناشی از مقدار رزین موجود ).قابلیت هدایت پایین موجب افزایش افت ولتاژ اتصال می شود این جاروبکها جهت استفاده در موتورهاي کوچک که معمولاً قطبهاي کمکی در آنها به کار نرفته است ، مناسب می باشند .
کربن سخت جاروبک هایی سخت اما ارزان را ارائه می نماید . سختی این جاروبک ها موجب سائیدگی و فرسودگی نسبتاً زیاد کموتاتور می گردد .
این جاروبک ها اغلب در ماشینهاي کسري از اسب بخار و در بعضی از موتو رهاي دور پائین بزرگتر مورد استفاده قرار می گیرند .
جاروبک هاي الکتروگرافیت مقدار سائیدگی پائینی دارند و بنابراین، به طور گسترده در موتورهاي صنعتی و کاربردهاي حمل و نقل به کار برده می شوند .
جاروبک هاي متال گرافیت قابلیت هدایت بالایی را دارا می باشند که ای ن امر مقدار پائین افت ولتاژ اتصال را موجب می گردد . این نوع جاروبک براي کاربردهاي ولتاژ پائین جریان بالا مثل موتورها ي استارت اتومبیل مناسب می باشد .
سه روش جهت به کارگیري جاروبک ها در کموتاتور معمول است . این سه روش : شعاعی، شیب موافق و شیب مخالف حرکت کموتاتور می باشند .
در بیشتر موارد جاروبک ها به صورت شعاعی به کار می روند، بدین معنی که خط مرکز آنها منطبق بر شعاع کموتاتور می باشد . این روش، موتوري با عملکرد مشابه در هر دو جهت چرخش را نتیجه می دهد. در ماشین هاي با سرعت بالا که جهت چرخش غیر قابل تغییر است ممکن است جاروبکها در جهت موافق یا در جهت مخالف حرکت کموتاتور متمایل شوند