Động cơ một chiều (ĐCMC) thông thường có hiệu suất cao và các đặc tính của chúng thích hợp với các truyền động servo. Tuy nhiên, hạn chế duy nhất là trong cấu tạo của chúng cần có cổ góp và chổi than, những thứ dễ bị mòn và yêu cầu bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên. Để khắc phục nhược điểm này người ta chế tạo loại động cơ không cần bảo dưỡng bằng cách thay thế chức năng của cổ góp và chổi than bởi các chuyển mạch sử dụng thiết bị bán dẫn (chẳng hạn như biến tần sử dụng transitor công suất chuyển mạch theo vị trí rotor). Những động cơ này được biết đến như là động cơ đồng bộ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu hay còn gọi là động cơ một chiều không chổi than BLDC. Do không có cổ góp và chổi than nên động cơ này khắc phục được hầu hết các nhược điểm của động cơ một chiều có vành góp thông thường
Động cơ một chiều không chổi than có ưu điểm tốc độ cao hơn, bền hơn so với động cơ một chiều có chổi than. Ngày nay, động cơ không chổi than được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống như trong các ổ đĩa máy tính, máy nghe nhạc, các bộ phận máy móc trong công nghiệp quay cao, xe đạp điên, xe máy điện…
Động cơ BLDC (Brushless DC Motor) mặc dù có tên là “động cơ một chiều không chổi than” nhưng nó thuộc nhóm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chứ không phải là động cơ một chiều. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là nhóm động cơ xoay chiều đồng bộ (tức là rotor quay cùng tốc độ với từ trường quay) có phần cảm là nam châm vĩnh cửu. Dựa vào dạng sóng sức phản điện động stator của động cơ mà trong nhóm này ta có thể chia thành 2 loại:
- Động cơ (sóng) hình sin. - Động cơ (sóng) hình thang.
Với động cơ một chiều không chổi than, từ trường quay được tạo ra thông qua 1 bộ mạch điện tử điều khiển tốc độ (ESC). Trong kết cấu của động cơ một chiều không chổi than, cuộn dây của mỗi nam châm điện thay đổi độ lớn từ trường tuần tự bằng ESC. Nam châm vĩnh cửu được gắn vào vỏ quay tạo thành các pha sao cho nó quay khi có từ trường quay.
Dựa vào cách sắp đặt phần quay rotor, động cơ BLDC được chia thành 2 loại là inrunner và outrunner.
Hình 2.63. Động cơ BLDC inrunner
Hình 2.64. Động cơ BLDC outrunner
Hình 2.65. Tín hiệu PWM điều khiển đưa vào ESC
Đối với động cơ dạng hình thang thì sức điện động gây ra trên cuộn dây stato có dạng hình thang và pha của nó cần cung cấp dòng điện để tạo ra momen hoạt động hầu như không có gợn sóng. Với động cơ hình sin thì sức điện động có dạng hình sin và dòng điện pha yêu cầu momen trơn. Hình dạng của sức điện động được xác định bởi hình dạng của nam châm Roto và cách phân bố cuộn dây Stato.
Động cơ hình sin cần cảm biến vị trí có độ chính xác cao bởi vị trí Roto phải được biết ngay tức thời tại mọi thời điểm để tối ưu cho hoạt động của động cơ. Nó cũng yêu cầu phải tổ hợp nhiều hơn cả về phần cứng và phần mềm kèm theo. Động cơ hình thang lại khá hấp dẫn cho các ứng dụng để đơn giản hóa, rẻ hơn và hiệu suất cao hơn.
Hình 2.66. Các dạng sức điện động của động cơ một chiều không chổi thang Motor sử dụng trong đề tài là loại motor một chiều không chổi than không cảm biến vị trí (sensorless BLDC). Đây là loại động cơ có công suất và hiệu suất cao, tuổi thọ dài thích hợp cho các mô hình bay cần trọng lượng nhẹ.
Motor BLDC thuộc dạng motor đồng bộ nam châm vĩnh cửu (rotor quay cùng tốc độ với từ trường quay) sức phản điện động hình thang. Do đó, cần có cơ chế xác định vị trí từ trường rotor so với các cuộn dây stator. Do motor sử dụng trong đề tài không trang bị cảm biến Hall nên công việc xác định vị trí rotor sẽ do các chức năng ADC của bộ điều tốc đảm nhận.
Các thông số cơ bản của động cơ BLDC trong lĩnh vực điều khiển từ xa: KV: Số vòng quay trong 1 phút ứng với thay đổi 1 volt.
Loại động cơ này hoạt động dưới điện áp 11.1v, điều đặc biệt là stato (vỏ bên ngoài gắn các nam châm vĩnh cửu) quay tròn theo trục động cơ còn roto mang các cuộn dây đứng yên.
Có 3 dây điều khiển động cơ và được quấn thành 9 cuộn xen kẽ trong roto. Việc điều khiển động cơ dựa trên việc cấp xung cho các cuộn dây (tương tự như động cơ bước). Để đảo chiều động cơ ta chỉ cần thay đổi vị trí cho 2 trong 3 dây điều khiển.
Hình 2.67. Mô hình động cơ một chiều không chổi than
Với động cơ một chiều không chổi than, từ trường quay được tạo ra thông qua 1 bộ mạch điện tử điều khiển tốc độ (ESC). Trong kết cấu của động cơ một chiều không chổi than, cuộn dây của mỗi nam châm điện thay đổi độ lớn từ trường tuần tự bằng ESC. Nam châm vĩnh cửu được gắn vào vỏ quay tạo thành các pha sao cho nó quay khi có từ trường quay.
Hình 2.68. Motor Brusless
Motor lựa chọn sử dụng trong đề tài là Turnigy A2212/13T là động cơ DC không chổi than, không sensor với các thông số sau:
+ Vận tốc 1000[vòng/ phút/1volt] + Dòng điện cực đại 18A
+ Công suất tối đa 210W
+ Lực kéo cực đại: 890g với cánh 10x4.5 điện áp đầu vào 11.1V + Điện áp làm việc 7.4-15V.