A Brief Primer Introduction To Brushed DC Motors

Harjatud DCHarjaga alalisvoolumootor on levinud mootoritüüp, mis töötab alalisvoolul (DC). Neid kasutatakse erinevates rakendustes, alates väikesest tarbeelektroonikast kuni suurte tööstusmasinateni. Selles lühikeses sissejuhatavas artiklis vaatleme lähemalt harjaga alalisvoolumootorite tööpõhimõtet, komponente ja rakendusi.

Põhiline toimimine a8 mm läbimõõduga haptiline mootorSee hõlmab magnetvälja ja elektrivoolu vastastikmõju liikumise tekitamiseks. Harjadega alalisvoolumootori peamised komponendid on staator, rootor, kommutaator ja harjad. Staator on mootori fikseeritud osa ja sisaldab selle sees olevaid magneteid või elektromagnetilisi mähiseid, samas kui rootor on mootori pöörlev osa ja sisaldab armatuuri. Kommutaator on pöördlüliti, mis juhib voolu armatuuri, ja harjad puutuvad kokku kommutaatoriga, et edastada energia armatuurile.

Kui mootorile rakendatakse voolu, tekib staatoris magnetväli. See magnetväli interakteerub rootori magnetväljaga, pannes rootori pöörlema. Kui rootor pöörleb, töötavad kommutaator ja harjad koos, et pidevalt muuta armatuuri läbiva voolu suunda, tagades rootori jätkuva pöörlemise samas suunas.

Tööpõhimõte

Harjadega alalisvoolumootori tööpõhimõte põhineb elektromagnetilise induktsiooni ja magnetväljade vastastikmõju printsiibil. Kui mootorile rakendatakse elektrivoolu, tekitab staator – olenemata sellest, kas see on varustatud püsimagnetite või elektromagnetiliste mähistega – stabiilse magnetvälja. Samal ajal voolab vool läbi rootori armatuurimähiste, muutes rootori elektromagnetiks. Staatori ja rootori magnetväljad interakteeruvad üksteisega, tekitades pöördemomendi (Lorentzi jõu), mis paneb rootori pöörlema.

Pideva pöörlemise säilitamise kriitiliseks aspektiks samas suunas on kommutaatori ja harjade koostöö. Rootori pöörlemisel pöörleb kommutaator – rootori võlli külge kinnitatud lõhestatud rõngaskomponent – tandemina. Harjad, mis on tavaliselt valmistatud süsinikust või grafiidist, hoiavad pidevat kontakti kommutaatori segmentidega. Kui rootor jõuab teatud asenditesse, muudab kommutaator armatuurimähiste kaudu voolava voolu suunda. See õigeaegne voolu suuna muutmine tagab, et rootori magnetiline polaarsus staatori suhtes jääb samaks, tekitades pideva pöörlemisjõu ja takistades rootori seiskumist või suuna muutmist.

Toimivusomadused

Tõhusus

Harjadega alalisvoolumootorite efektiivsus varieerub sõltuvalt nende konstruktsioonist, suurusest ja töötingimustest. Väiksemate harjadega alalisvoolumootorite, näiteks tarbeelektroonikas kasutatavate, efektiivsusvahemik on tavaliselt 50–70%, samas kui suuremad tööstusklassi mootorid võivad saavutada kuni 85% või kõrgema efektiivsuse. Peamised efektiivsust mõjutavad tegurid on harja ja kommutaatori hõõrdumine, vasekaod armatuurimähistes, rauakaod staatori ja rootori südamikes ning mehaanilised kaod (nt laagrite hõõrdumine). Harjade kulumine ja kommutaatori halvenemine aja jooksul võivad samuti viia efektiivsuse järkjärgulise vähenemiseni.

Vastupidavus ja eluiga

Harjadega alalisvoolumootori eluiga sõltub suuresti harjade ja kommutaatori kulumisest. Tavapärastes töötingimustes võivad harjad kesta mõnest tuhandest kuni kümnete tuhandete tundideni, olenevalt sellistest teguritest nagu töökiirus, koormus, temperatuur ning harjade ja kommutaatori materjalide kvaliteet. Suure kiiruse või koormusega rakendustes kiireneb harjade kulumine, mis lühendab mootori eluiga. Lisaks tekitab harjade ja kommutaatori vaheline hõõrdumine tolmu ja kuumust, mis võib ebaõige haldamise korral mootori jõudlust ja vastupidavust veelgi mõjutada.

Rakendused

Kuigi algses juhendis loetleti mõned peamised rakendused, kasutatakse harjatud alalisvoolumootoreid nende ainulaadsete omaduste tõttu palju laiemas valikus stsenaariumides.

Tarbeelektroonika

Harjatud alalisvoolumootorid on tarbeelektroonikas kõikjal levinud, kus nende väike suurus, madal hind ja lihtne disain muudavad need ideaalseks:

Kaasaskantavad seadmed: Vibratsioonimootorid nutitelefonides ja tahvelarvutites haptilise tagasiside saamiseks (nt teavitused, mängukontrollerid).

Kodumasinad: elektripardlite, föönide, blenderite ja tolmuimejate mootorid.

Helitehnika: Plaadimängijate mootorid ja kassettmängijate mootorid (nii vanakooli kui ka mõnede tänapäevaste heliseadmete puhul).

Robootika ja lennundus

Harjatud alalisvoolumootoreid kasutatakse laialdaselt robootikas ja lennunduses tänu oma kompaktsele suurusele ja suurele käivitusmomendile:

Väikesed robotid: mängurobotid, õpperobotid ja harrastusrobotid, mis vajavad elementaarset liikumist.

Meditsiiniseadmed

Meditsiiniseadmetes kasutatakse harjatud alalisvoolumootoreid rakendustes, mis nõuavad täpset ja usaldusväärset liikumist:

Ratastoolid: Pakkuda puuetega inimestele liikumisvõimalusi, kusjuures kiiruse reguleerimine on kohandatud kasutaja vajadustele.

Meditsiinilised pumbad: infusioonipumbad ja peristaltilised pumbad, mis manustavad ravimeid või vedelikke kontrollitud kiirusega.

Diagnostilised seadmed: väikesed mootorid ultraheliaparaatides ja vererõhumõõtjates mehaaniliseks liikumiseks.

Kokkuvõte

Lisaks lihtsale konstruktsioonile ja suurele käivitusmomendile on harjadega alalisvoolumootorid kulutõhusad ja hõlpsasti kasutatavad, mistõttu on need paljudes rakendustes populaarsed. Siiski on neil ka mõningaid piiranguid, näiteks piiratud kiiruse reguleerimine ja harjade ja kommutaatori kulumisest tingitud suuremad hooldusnõuded.

Vaatamata neile piiranguteleharjatud alalisvoolumootorroboteid kasutatakse endiselt laialdaselt erinevates tööstusharudes, sealhulgas autotööstuses, robootikas ja lennunduses. Neid kasutatakse sellistes rakendustes nagu autode elektrilised akende tõstukid, klaasipuhastid ja elektrilised istmete reguleerimised, samuti robotkäed ja ajamimehhanismid tööstusautomaatikas.

Kokkuvõttes on harjatud alalisvoolumootorid mitmekülgne ja usaldusväärne valik paljude rakenduste jaoks tänu oma lihtsale konstruktsioonile, suurele käivitusmomendile ja lihtsale kiiruse reguleerimisele. Kuigi neil on mõningaid piiranguid, muudab nende kulutõhusus ja kättesaadavus need populaarseks valikuks mitmesugustes tööstus- ja tarbijarakendustes. Tehnoloogia pideva arenguga harjatud alalisvoolumootorid...mündimootoridjäävad tõenäoliselt ka lähiaastatel mootorsõidukimaastikul oluliseks osaks.