Thông thường, các động cơ điện có tốc độ từ 1000 đến 3000 vòng/phút được nối với hộp giảm tốc, để đạt được yêu cầu tốc độ thấp và mô men xoắn cao (hình 1.10.a). Ngày nay với sự xuất hiện động cơ BLDC rotor ngoài đã cung cấp một giải pháp thay thế, đó là động cơ nối trực tiếp với tải mà vẫn đảm bảo tốc độ thấp và mô men xoắn cao nên có thể triệt tiêu hộp số trong truyền động (hình 1.10.b).
Hình 1.10.a) Hệ truyền động giảm tốc; b) Hệ truyền động trực tiếp
Truyền động trực tiếp có nhiều ưu điểm hơn so với truyền động hộp số, phần lớn đến từ việc đơn giản hóa hệ thống truyền động. Những lợi thế này bao gồm [11][12]:
✓ Giảm chi phí bảo dưỡng.
✓ Độ tin cậy cao hơn và động cơ có tuổi thọ lâu hơn.
✓ Giảm tiếng ồn - Hộp số và các bộ phận cơ học khác của hệ thống truyền động như dây đai hoặc ròng rọc là nguồn gây ra tiếng ồn. Nên truyền động trực tiếp đã khắc phục được nhược điểm này.
✓ Hiệu quả cao hơn - Loại bỏ hộp số cũng đồng nghĩa với việc loại bỏ nguồn tổn thất tiềm ẩn. Tổn hao trong hộp số phần lớn sinh ra do ma sát giữa các bánh răng.
✓ Giảm trọng lượng - Truyền động trực tiếp có thể nhẹ hơn truyền động thông qua hộp số.
Một số ví dụ về truyền động trực tiếp sử dụng động cơ BLDC rotor ngoài đã chỉ ra các lợi thế khác biệt so với truyền động qua hộp số.
1.1.3.4. Máy giặt
Máy giặt truyền động trực tiếp đang dần thay thế máy giặt thông thường dùng động cơ điện một chiều hoặc động cơ cảm ứng dẫn động lồng giặt thông qua dây đai và ròng rọc (hình 1.11.a). Ưu điểm chính của máy giặt truyền động trực tiếp (hình 1.11b) đến từ sự triệt tiêu của dây curoa, ròng rọc và cuối cùng là chổi than của động cơ DC. Những thiết bị này là những bộ phận yếu của máy giặt và thường là nguyên nhân gây ra hỏng hóc.
Động cơ máy giặt dành cho thiết bị gia dụng thường có công suất nhỏ hơn 1 kW. Lồng giặt của máy quay khoảng 50 vòng/phút trong quá trình giặt và lên đến 1500 vòng/ phút hoặc cao hơn trong quá trình vắt [13]. Do đó, động cơ truyền động trực tiếp của máy giặt được hoạt động trên một dải tốc độ lớn, điều này đạt được bằng cách hoạt động trong điều kiện từ trường yếu. Động cơ BLDC được kết nối trực tiếp với lồng giặt. Động cơ này có dạng sóng sức phản điện động (Back-EMF) hình thang và được cung cấp dòng điện hình chữ nhật.
(a) (b)
Hình 1.11. a) Máy giặt thông thường; b) Máy giặt truyền động trực tiếp [14]
1.1.3.5. Quạt trần
Truyền động trực tiếp có trong quạt trần truyền thống, hoạt động dựa trên động cơ điện không đồng bộ xoay chiều, mức tiêu thụ năng lượng dao động từ 60-80W, với kích thước động cơ lớn và hiệu suất không quá 50%. Vì hiệu suất thấp nên nhiều hãng sản xuất quạt đã nhận thấy rằng động cơ điện nam châm vĩnh cửu có công suất định mức thấp hơn 40-50% so với động cơ không đồng bộ mà vẫn có thể cung cấp cùng một lưu lượng gió đầu ra. Điều đó có nghĩa là hệ thống quạt sử dụng động cơ một chiều không chổi than nam châm vĩnh cửu (BLDC-hình 1.12) có công suất khoảng 30-40W sẽ thay thế mức tiêu thụ điện 60-80W ở động cơ không đồng bộ xoay chiều. Đây là một sự tiết kiệm điện năng rất lớn. Hơn nữa, kích thước, khối lượng động cơ BLDC nhẹ hơn nhiều so với động cơ không đồng bộ xoay chiều.
Tuy nhiên khi quạt trần hoạt động, có thể nghe thấy tiếng ồn được tạo ra do cánh quạt cắt qua không khí. Nguyên nhân gây ra tiếng ồn có thể là điện từ hoặc cơ học [15]. Trong khi đó thì bộ điều khiển điện tử được giữ bên ngoài quạt, nên không thể góp phần tạo ra tiếng ồn trong quạt. Vì vậy cần nghiên cứu để giảm tiếng ồn từ cấu tạo quạt trần để nâng cao chất lượng sử dụng.
1.1.3.3. Một số ứng dụng khác
Truyền động trực tiếp cũng trở nên phổ biến hơn trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển tốc độ và vị trí chính xác. Các ứng dụng này bao gồm máy công cụ, bàn quay, radar, kính thiên văn…v.v.
Động cơ được sử dụng trong các ứng dụng này được gọi là động cơ servo DC không chổi than với nam châm gắn trên bề mặt rotor. Động cơ có kích thước từ 100mm đến hơn 2m [17] và có đường kính khe hở không khí lớn để cung cấp giá trị mô men xoắn cao.