Plokščių bešepetėlių variklių vadovas: ploni BLDC varikliai, skirti erdvės apribojimams

Sužinokite, kaip plokšti bešepetėliniai varikliai (ploni BLDC varikliai) padeda inžinieriams išspręsti erdvės apribojimus šiuolaikiniuose įrenginiuose. Susipažinkite su struktūra, FPCB integracija, taikymais ir OEM pasirinkimo patarimais.

Pagrindiniai šio straipsnio punktai

Šiuolaikinių įrenginių dizaine „plonas“ dabar yra svarbesnis nei „mažas“

Plokšti bešepetėliniai varikliai sumažina aukštį naudodami mažo L/D santykio struktūras

FPCB jungtis gali sutaupyti iki 0,5–1 mm vertikalios erdvės

Ne visoms plonoms sistemoms reikalinga speciali „plokščio variklio“ konstrukcija

Standartiniai mikro BLDC varikliai (φ5–12 mm) daugeliu atvejų jau yra itin ploni.

Pagrindinės taikymo sritys apima nešiojamus įrenginius, TWS įrenginius ir delninius medicinos įrankius.

Tinkamas šiluminis ir jungčių projektavimas yra svarbesnis nei variklio forma

OEM pasirinkimas turėtų būti orientuotas į sistemos integraciją, o ne tik į variklio matmenis

Įvadas: Kodėl „plonas“ tapo nauju dizaino iššūkiu

Per pastaruosius kelerius metus didžiausia plataus vartojimo elektronikos ir medicinos prietaisų tendencija nebėra tiesiog „mažesnė“ – jie tampa plonesni.

TWS ausinių korpusai mažėja nuo 12 mm iki 8 mm. Išmanieji laikrodžiai turi integruoti daugiau jutiklių į itin plonus 4–6 mm korpusus. Nešiojamieji medicinos prietaisai tampa vis kompaktiškesni, tačiau išlaiko našumą. Net pramoninius prietaisus dabar varžo aukščio apribojimai.

Šiuose projektuose inžinieriai nebeklausia „koks mažas gali būti variklis?“, o:

„Kaip galime sutalpinti variklį į itin ribotą vertikalią erdvę?“

Čia tampa būtini plokšti bešepetėliniai varikliai (ploni BLDC varikliai).

Kas yra plokščias bešepetis variklis?

Terminas „plokščias bešepetis variklis“ (arba „blynų“ tipo BLDC variklis) pramonėje nėra griežtai standartizuotas. Skirtingi gamintojai jį apibrėžia skirtingai, tačiau inžinerijos praktikoje jis paprastai reiškia dvi pagrindines sąvokas:

1. Konstrukcinis lygumas (mažas L/D santykis)

Tradicinių cilindrinių variklių L/D (ilgio ir skersmens) santykis paprastai yra didesnis nei 1.

Plokščiavamzdžiai varikliai atvirkštine tvarka atlieka šią struktūrą:

Skersmuo yra didesnis

Aukštis žymiai sumažėja

L/D santykis yra mažesnis nei 1

Pavyzdžiui, φ8 × 2,5 mmLBM0825Mikro BLDC variklio L/D santykis yra 0,31 – tai jau itin žemas rodiklis pagal pramonės standartus.

Tai rodo svarbią įžvalgą:

Daugeliu atvejų jums nereikia specialaus „plokščio variklio“ – standartiniai mikro BLDC varikliai jau yra itin ploni.

2. Ryšiais pagrįstas plokštumas (FPCB integracija)

Tikruose originalios įrangos gamintojų projektuose didžiausia aukščio problema dažnai yra ne pats variklis, o laidai.

Tradiciniams laidams lenkimo metu reikalingas 2–4 mm tarpas. Ši papildoma erdvė dažnai tampa paslėpta priežastimi, kodėl gaminys negali pasiekti reikiamo storio.

Lanksčios spausdintinės plokštės (FPCB) išsprendžia šią problemą:

Pašalina vielos lenkimo erdvę

Leidžia tiesiogiai prijungti prie apatinės PCB plokštės

Bendro įrenginio aukščio sumažinimas 0,5–1 mm

Plonų įrenginių konstrukcijoje jungties struktūra yra tokia pat svarbi kaip ir variklio konstrukcija.

Pagrindinės plonų BLDC variklių taikymo sritys

Plokšti bešepetėliniai varikliai nėra universalūs sprendimai. Jų vertė išryškėja tik tada, kai griežtai riboja aukštis.

1. TWS ausinės ir įkrovimo dėklai (≤5 mm aukščio)

Galimas aukštis: 3–5 mm

Tipinis sprendimas: φ5–6 mm mikro BLDC

Pavyzdys:LBM0525φ5 × 2,5 mm variklis su FPCB apatine jungtimi

Pagrindiniai reikalavimai:

Itin mažas energijos suvartojimas

Mažas triukšmo lygis vibracijos metu

Kompaktiškas haptinis grįžtamasis ryšys

2. Išmanieji laikrodžiai ir nešiojamieji įrenginiai (≤4 mm aukščio)

Labai ribotas vidinis storis

FPCB jungtis tampa būtina

Dažniausias pasirinkimas: φ6 mm itin plonas BLDC

Pagrindiniai reikalavimai:

Mažas energijos suvartojimas budėjimo režimu

Reguliuojamas vibracijos intensyvumas

Didelis patikimumas judesio aplinkoje

3. Nešiojamieji medicinos prietaisai (8–15 mm aukščio diapazonas)

Vidutinio dydžio erdvės apribojimai

Įprasti variklio dydžiai: φ8–12 mm

Subalansuotas dėmesys vibracijos jėgai ir stabilumui

Pagrindiniai reikalavimai:

Stabilus sukimo momentas

Ilgas gyvavimo ciklas ir patikimumas

Žemas akustinis triukšmas

4. Plonos planšetės ir pramoninės plokštės (≤8 mm aukščio)

Dėmesys perkeliamas nuo dydžio į šilumos valdymą

Didesnio skersmens ploni varikliai (φ10–12 mm)

Sukurta nuolatiniam darbui

Pagrindiniai reikalavimai:

Šilumos išsklaidymas per radialinį korpusą

EMC valdymas

Stabilus ilgalaikis veikimas

Kodėl FPCB yra labai svarbus plonų variklių konstrukcijoje

Daugelyje originalios įrangos gamintojų (OEM) projektų inžinieriai dėmesį skiria tik variklio matmenims. Tačiau realiomis surinkimo sąlygomis jungčių projektavimas dažnai lemia sėkmę arba nesėkmę.

FPCB išsprendžia tris pagrindines inžinerines problemas:

1. Pašalina vertikalios prošvaisos atliekas

Švininiams laidams reikia lenkimo vietos.

FPCB visiškai tai pašalina, taip užtikrindamas glaudesnę integraciją.

2. Pagerina gamybos efektyvumą

Tradicinis laidų litavimas: keli žingsniai

FPCB sprendimas: vieno prijungimo žingsnis

Surinkimo efektyvumo padidėjimas iki 30 %

3. Padidina mechaninį patikimumą

Ploni laidai vibruojančioje aplinkoje dažnai genda dėl nuovargio.

FPCB tolygiau paskirsto įtempį ir žymiai pagerina patvarumą.

Ar visada būtinas plokščias variklis?

Ne – ir tai yra esminis dizaino nesusipratimas.

Daugelis inžinierių mano, kad projektuodami plonus įrenginius, jie turi pereiti prie „plokščio variklio“. Iš tikrųjų:

Dauguma erdvės problemų išsprendžiamos jungčių dizainu, o ne variklio konstrukcija.

Pavyzdžiui:

Φ8 mm mikro BLDC variklio aukštis jau yra tik ~2,5 mm.

Naudojant FPCB, bendras sistemos aukštis gali likti mažesnis nei 3 mm

Nereikia jokio konstrukcijos pertvarkymo

Štai kodėl sistemos lygio integracija yra svarbesnė nei komponentų lygio optimizavimas.

Dažnai užduodami klausimai (DUK)

1 klausimas: Ar plokšti varikliai yra brangesni?

Taip, bet tik nežymiai. Pagrindinis sąnaudų skirtumas atsiranda dėl FPCB integracijos, paprastai +15–25 %. Tačiau tai dažnai atsveria mažesnės surinkimo sąnaudos ir sutaupyta vieta.

2 klausimas: Ar FPCB yra patikimas vibracijos aplinkoje?

Taip. FPCB versijos yra išbandytos daugiau nei 500 000 ciklų ir atliekamos su papildomu lenkimo nuovargio patvirtinimu. Daugeliu atvejų patikimumas yra toks pat arba geresnis nei tradicinių vielinių laidų.

3 klausimas: Ar galiu į 3 mm įrenginį įmontuoti 8 mm variklį?

Taip, bet tai beveik riba. φ8 × 2,5 mm variklis su FPCB gali tilpti į ~3 mm bendrą aukštį, tačiau reikia atidžiai kontroliuoti projektavimo toleranciją (rekomenduojama paklaida: +0,2 mm).

4 klausimas: Ar plonus BLDC variklius galima dar labiau pritaikyti?

Taip. Kai kurių φ5 mm variklių aukštis gali būti sumažintas nuo 2,5 mm iki 1,8 mm, priklausomai nuo originalios įrangos gamintojų reikalavimų.

Išvada: Plonas dizainas yra sistemos, o ne variklio problema

Kompaktiškų prietaisų inžinerijos ateitis – ne ploniausio variklio pasirinkimas, o visos mechaninės ir elektrinės integracijos sistemos optimizavimas.

Plokšti bešepetėliniai varikliai, ypač derinami su FPCB technologija, yra labai efektyvus sprendimas šiuolaikiniams, erdvės ribotoms konstrukcijoms.

„Leader“ įmonėje mes daugiausia dėmesio skiriame itin plonų gaminių tiekimui.BLDC sprendimai nuo φ5 mm iki φ12 mm, kurio storis vos 1,8 mm, specialiai sukurtas OEM integracijai.