Aby sme pochopili fenomén bezkefových motorov, ktoré rýchlo vstupujú najmä na trh s elektrickým náradím, je potrebné pochopiť podstatu doteraz používaných komutátorových motorov a poznať hlavné rozdiely medzi nimi.

Základnou úlohou elektromotora je premena elektrickej energie na mechanickú, t. j. uvedenie hriadeľa poháňaného zariadenia do pohybu. V klasickom motore komutátor rotujúceho rotora prijíma elektrický náboj z kefiek vyrobených z grafitu, ktoré vedú elektrickú energiu priamym kontaktom s rotujúcim prvkom. Magnetické pole vytvorené komutátorom pomocou špeciálnych magnetov vytvára rotačný pohyb.

Konštrukcia, a teda aj princíp fungovania bezkefového motora je trochu odlišný. V tomto zariadení boli komutátor a kefy nahradené cievkami navinutými na nehybnom jadre, tzv. statore (v kefovom motore sú cievky na pohyblivom rotore). Práve tieto cievky vytvárajú prostredníctvom prietoku prúdu magnetické pole, ktoré generuje otáčky rotora. Veľmi častým a základným riešením je použitie troch vinutí. Vzhľadom na vyskytujúce sa kolísanie krútiaceho momentu však výrobcovia navrhujú aj motory vybavené sadami od jedného až po osem párov pólov.

Základné rozdiely medzi klasickým - kefovým a bezkefovým motorom.

Keďže medzi rotujúcim prvkom a pevnými cievkami nie je priamy kontakt, nie sú potrebné grafitové kefy. Použitie permanentných magnetov v bezkefovom motore umožňuje dosiahnuť vyšší krútiaci moment a lepšiu účinnosť. To všetko vďaka vysokej hustote energie týchto magnetov.

Prečo staviť na bezkefové motory

Konštrukčné riešenie bezkefového motora v sebe má celý rad výhod. K najdôležitejším rozdielom patrí:

• Tichšia a menej poruchová prevádzka - počas prevádzky sa kefy trú o rotujúce časti, čo spôsobuje hluk. Kefy sú najčastejšou súčasťou komutátorových motorov, ktorá sa opotrebováva, čo výrazne znižuje ich životnosť;
• Zvýšenie bezpečnosti prevádzky - počas prevádzky bezkefového motora nevznikajú pre používateľa nebezpečné iskry, ktoré sa vyskytujú pri klasických pohonoch. Táto výhoda umožňuje použitie motora vo výbušnom a horľavom prostredí;
• Vyššia účinnosť zariadenia - eliminácia mechanického odporu umožňuje dosiahnuť vyššie otáčky rotora a lepší krútiaci moment;
• Zvýšená životnosť batérie – bezkefový motor odoberá menej prúdu ako jeho tradičný náprotivok. Táto skutočnosť je mimoriadne dôležitá pre nabíjateľné zariadenia, ktoré môžu na jedno nabitie fungovať oveľa dlhšie;
• Presnejšia regulovateľnosť – BLDC motory umožňujú veľmi presné riadenie krútiaceho momentu, čo podmieňuje zníženie zotrvačnosti a spotreby elektrickej energie;
• Výrazne znížená alebo eliminovaná údržba - pri správnom používaní by mal motor pracovať bez poruchy, bez potreby vonkajších zásahov do konštrukcie. Odstránenie kief totiž znamená, že v stroji už nie sú žiadne kritické časti, ktoré by sa počas bežnej prevádzky opotrebovávali. Výhodou tejto skutočnosti je, že motor môže byť nainštalovaný na ťažko prístupnom mieste.

Aplikácie, v ktorých je bezkefový motor bezkonkurenčný

Tieto motory sú ideálne pre počítačové zariadenia, ktoré si vyžadujú bezpečnú a neprerušovanú prevádzku počas dlhého obdobia. Príkladom sú pevné disky a počítačové ventilátory, ktoré počas používania počítača neustále znižujú teplotu komponentov. Ako už bolo spomenuté vyššie, vďaka zníženej spotrebe energie a minimálnym rozmerom sú nenahraditeľné v profesionálnych akumulátorových zariadeniach, ako sú skrutkovače, vŕtačky a uhlové brúsky. Prevádzka na batérie je úspornejšia a má dlhšiu životnosť. Veľmi populárnym odvetvím, ktoré sa dnes vo veľkej miere spolieha na bezkefové motory, je výroba elektrických a hybridných automobilov. Nemenej dôležité je použitie bezkefovej technológie pri konštrukcii práčok a klimatizácií. Beziskrová prevádzka je nevyhnutná z dôvodu vysokého nebezpečenstva úrazu elektrickým prúdom. Okrem toho výrobcovia práčok ponúkajú dlhšiu záručnú dobu na výrobky vybavené bezkefovými motormi z dôvodu stabilnejšej prevádzky bubna, ktorá umožňuje menej poruchovú prevádzku. Ďalšou výhodou kúpy takejto práčky je zníženie prevádzkových nákladov.

Rozdelenie bezkefových motorov – motory BLDC a PMSM

Najčastejšie používané bezkefové motory sú motory BLDC (Brushless DC Motor), t. j. riešenie s lichobežníkovým rozložením elektromotorickej sily, a PMSM motory (Permament Magnet Synchronous Motor) so sínusovým rozložením EMS. Rozlišuje sa tiež medzi pohonmi napájanými jednosmerným a striedavým prúdom.

Ovládanie bezkefového motora

Použitie vinutí na statore umožňuje regulovať motor zmenou prúdov, ktoré na ne pôsobia, a priebežne ovplyvňovať hodnotu krútiaceho momentu. Ako už bolo uvedené vyššie, rozlišujeme motory BLDC a PMSM. Označenie typu motora udáva spôsob ovládania zariadenia. Lichobežníková regulácia umožňuje reguláciu, keď sa nevyžaduje riadenie otáčok, ako aj krútiaceho momentu motora. Motory sú vybavené Hallovymi senzormi, ktoré určujú polohu rotora. Toto riešenie je menej komplikované, ale aj menej presné. Hlavnou nevýhodou tejto konštrukcie je problematické nastavenie pri nízkych otáčkach.

V motoroch PMSM, t. j. so sínusovou elektromotorickou silou, sa vďaka použitiu špeciálnych snímačov eliminujú nežiaduce komutačné efekty vyskytujúce sa v motoroch BLDC a zároveň sa umožňuje slobodná regulácia aj pri nízkych otáčkach. Takéto riešenie navyše minimalizuje riziko vzniku zvlnenia krútiaceho momentu.

Tretím a najmodernejším typom regulácie v bezkefových motoroch je vektorové riadenie. Toto riešenie spočíva v použití špeciálneho transformačného bloku pred PI regulátorom. Výsledkom tejto úpravy je zlepšenie presnosti riadenia v porovnaní s predchádzajúcimi dvoma typmi, čo eliminuje vlnenie a dobrá ovládateľnosť v rozsahu nízkych otáčok.

Zhrnutie

Zapojenie bezkefového motora je nepochybne riešením, ktoré stojí za pozornosť výrobcu aj spotrebiteľa. Ten prvý sa zbavuje rizika častých porúch. Výrobky získavajú na kvalite a zároveň sa znižuje počet dielov potrebných na montáž. Na druhej strane kupujúci dostane výrobok, ktorý bude slúžiť roky a nebude vyžadovať špeciálne zásahy do svojej prevádzky. Napriek určitému cenovému rozdielu si pokoj a bezpečnosť kupujete na celý život.