Brushless motor được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống như trong quạt DC, quạt tản nhiệt, các bộ phận trong máy móc công nghiệp, trong xe đạp điện, xe máy điện, các đồ chơi mô hình. Đặc biệt, hầu như các máy bay mô hình đều sử dụng brushless DC.
Hình 3. 2 Động cơ không chổi than DC
Động cơ DC không chổi than (Brushles DC motor) có các thanh nam châm được gắn cố định vào rotor dùng để kích từ cho động cơ. Các cuộn dây được đặt lệch nhau 120 độ trong không gian của Stator.
Cấu tạo của động cơ:
Motor không chổi than bao gồm các bộ phận sau:
Stator: Thường bao gồm các lõi sắt (các lá thép kỹ thuật điện được ghép cách điện với nhau) và dây quấn. Cách quấn dây của động cơ không chổi than cũng khác so với cách quấn dây của động cơ xoay chiều 3 pha thông thường.
Rotor: Về cơ bản, bộ phận này cũng tương tự như các động cơ có nam châm vĩnh cửu khác.
Hall sensor: Do đặc thù của sức phản điện động của động cơ BLDC có dạng hình thang nên cấu hình điều khiển thông thường của nó cũng cần có cảm biến xác định vị trí của từ trường rotor trong tương quan với các pha của cuộn dây stator. Để làm được điều đó, người ta thường sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall, có thể gọi tắt là Hall sensor.
Ưu điểm:
Một động cơ không chổi than thông thường có 3 cuộn dây trên stato, do đó nó sẽ có đến 6 dây dẫn điện được kéo dài từ chính các cuộn dây này. Trong khi đó, 3 trong số các dây này sẽ được kết nối bên trong, với 3 dây còn lại để kéo dài từ thân động cơ. Đấu dây trong vỏ của động cơ BLDC sẽ phức tạp hơn là khi các bạn chỉ kết nối các cực âm và cực dương của tế bào nguồn.
+ Một lợi thế lớn của động cơ này chính là tính hiệu quả, vì chúng có thể được điều khiển liên tục khi đang ở lực quay tối đa (còn gọi là mô men xoắn). Ngược lại thì động cơ có chổi than sẽ đạt được mô men xoắn cực đại chỉ tại một số điểm nhất định ở bên trong vòng quay. Đây cũng chính là lý do tại sao ngay cả motor không chổi than mini cũng có thể cung cấp được công suất đáng kể.
+ Ưu điểm lớn thứ hai của motor không chổi than chính là khả năng kiểm soát tốt hoạt động của mình. Động cơ BLDC có khả năng điều khiển, sử dụng cơ chế phản hồi nhằm phân phối được chính xác mô men xoắn và tốc độ quay mà người dùng mong muốn. Việc điều khiển chính xác còn làm giảm mức tiêu thụ năng lượng và ít sinh nhiệt, nếu đó là động cơ chạy bằng pin thì nó còn giúp kéo dài tuổi thọ và sức bền của pin.
+ Động cơ BLDC cũng được xem là motor có độ bền cao và ít tạo ra tiếng ồn điện nhờ vào việc nó không có chổi than. Với động cơ có chổi than thì cái chổi than và cổ góp sẽ bị mài mòn do phải tiếp xúc chuyển động liên tục, thường xuyên và cũng tạo ra tia lửa, sinh nhiệt tại nơi tiếp xúc.
Đặc biệt, tiếng ồn điện được xem là kết quả của các tia lửa điện mạnh sẽ thường xuyên xuất hiện tại các khu vực mà chiếc chổi than đi qua các khe hở bên trong cổ góp. Điều này cũng giải thích tại sao động cơ BLDC thường được coi là phù hợp hơn đối với các ứng dụng cần tránh tình trạng nhiễu điện.
Nhược điểm:
Do động cơ được kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nên khi chế tạo giá thành cao do nam châm vĩnh cửu khá cao nhưng với sự phát triển công nghệ hiện nay thì giá thành nam châm có thể giảm.
Nếu dùng các loại nam châm sắt từ chúng dễ từ hóa nhưng khả năng tích từ không cao, dễ bị khử từ và đặc tính từ của nam châm bị giảm khi tăng nhiệt độ.
Nguyên lý hoạt động:
Việc điều khiển tốc độ động cơ BLDC dựa trên nguyên tắc cấp xung tuần tự cho các cuộn dây để tạo ra từ trường quay. Để thực hiện, ta dùng một bộ điều tốc có tên là ESC (Electronic Speed Controller), chức năng như một bộ biến tần biến điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều 3 pha có tần số thay đổi được cung cấp cho động cơ. Để đảo chiều động cơ, ta chỉ cần thay đổi vị trí 2 trong 3 dây pha.
Trong các mô hình máy bay, ESC xác định tốc độ điều khiển dựa vào độ rộng xung của tín hiệu PWM nhận được. Dạng tín hiệu PWM này được quy chuẩn theo động cơ RC servo, tức là độ rộng xung trong khoảng 1-2ms, và tần số điều khiển là 50Hz. Với tần số cấp xung lớn sẽ làm cho rotor quay với tốc độ cao.