موتور براشلس

موتورهای معمولی یا همان براش عموما از اجزای زیر تشکیل میشوند:

قسمت متحرک یا آرمیچر: که از یک سیم پیچ تشکیل شده است که بر روی یک محور فولادی میچرخد و در انتهای آن یک قسمت برای اتصال برسها قرار دارد که برق از طریق برسها به این قسمت رسیده و وارد سیم پیچها میشود.

قسمت ثابت : که از دو آهنربای دائمی با قطبیت مخالف تشکیل شده است .

برسها: که با اتصال بصورت تماسی به انتهای آرمیچر، برق را به آن منتقل میکنند.برای راه اندازی این موتورها، کافیست که برق را به برسها وصل کنیم. برق از طریق تماس برس با آرمیچر وارد سیم پیچ آن میشود.

سیم پیچها دارای چند قطب هستند و برسها طوری با آرمیچر تماس پیدا میکنند که در هر لحظه برق وارد یکی از قطبهای سیم پیچ شده و یک آهنریای الکتریکی موقتی ایجاد میکند. این آهنربا توسط یکی از آهنرباهای دائمی جذب شده و توسط دیگری دفع میشود. در این لحظه قطبیت سیم پیچ عوض شده و یک قطب دیگر مقابل آهنربا قرارمیگیرد و این کار باعث چرخش آرمیچر بطور دائم تا زمانی که جریان برق برقرار است میگردد.

پ

معایب این موتورها عبارتند از:برسها و محل تماس آنها به مرور زمان سائیده میشوند.

برسها و محل تماس آنها باید هر از چند گاهی تمیز شوند.

اصطحکاک برسها باعث کند کردن چرخش موتور میشود.

اصطحکاک برسها باعث اتلاف انرژی و کمتر شدن زمان پرواز میشوند.

اصطحکاک برسها باعث کمتر شدن نسبت توان به وزن میشود.

موتورهای براشلس چگونه کار میکنند؟

موتورهای براشلس هم با همان اصل مورد استفاده در موتورهای معمولی کار میکنند، با این تفاوت که در این موتورها، سیم پیچ ثابت بوده و آهنرباها میچرخند. از آنجائی که سیم پیچ در این موتورها ساکن است، نیازی به برسها وجود ندارد. کار تقسیم ولتاژ بین سیم پیچها را کنترل کننده سرعت موتور یا همان اسپیدکنترل ESC انجام میدهد.

 

به این نکته دقت کنید که نمیتوان از کنترلر سرعت موتورهای معمولی و موتورهای براشلس بجای یکدیگر استفاده نمود زیرا این دو، کار کاملا متفاوتی انجام میدهند.سریعترین راه برای تشخیص اینکه یک موتور براشلس است یا معمولی این است که به سیمهای آن نگاه کنید. موتورهای معمولی دو تا سیم دارند در حالی که موتورهای براشلس دارای سه سیم هستند. سیم وسط فیدبک نام دارد و تغییرجای دو سیم دیگر باعت خواهد شد که جهت چرخش موتور برعکس شود.

 

مزایای موتورهای براشلس:

از آنجائی که برس وجود ندارد، خوردگی آن هم در این موتورها وجود ندارد.

نیازی به نگرانی برای تمیز کردن برسها و محل اتصالشان وجود ندارد.

اصطحکاک برس برای گرفتن سرعت موتور وجود ندارد.

باز هم به همین علت، مدت زمان کارکرد موتور با یک باتری در این موتورها بالاتر است.

نسبت توان به وزن بسیار بالاتری دارند.

Inrunner در مقایسه با Outrunner

دو نوع موتور براشلس برای مدل های رادیو کنترل وجود دارد:

در نوع Inrunner ، آهنرباهای دائمی در قسمت داخلی سیم پیچها قرار داده شده اند. این موتورها ساختمانی بسیار شبیه به موتورهای معمولی دارند با این تفاوت که جای آهنربای دائمی و سیم پیچها عوض شده است.

در نوع Outrunner ، آهنرباهای دائمی در قسمت بیرونی قرار گرفته اند. همانطور که در عکس میتوانید ببینید، کاسه بیرونی موتور که محور موتور به آن متصل است، آهنرباهای دائمی را بر روی خود نصب دارد.هرچه یک موتور سریعتر بچرخد، راندمان آن هم بالاتر است.

موتورهای Inrunner بسیار سریع میچرخند و راندمان بسیار بالاتری نسبت به موتورهایOutrunner دارند.

موتورهای Inrunner نیاز به استفاده از گیربکس مابین موتور و ملخ دارند تادور آنها را کاهش داده و قدرت را افزایش بدهد. از این رو با استفاده از گیربکسهای مختلف بر روی این موتورها میتوان به قدرت و سرعت دلخواه برای نیازهای مختلف و مدلهای مختلف رسید.

نکته منفی در مورد موتورهای Inrunner این است که افزودن قطعات اضافی (گیربکس) میتواند احتمال خرابی و از کار افتادن موتور را افزایش دهد. مثلا چرخ دنده های گیربکس به مرور سائیده میشود و محور گیربکس ممکن است که تاب بردارد. همچنین جا دادن یک موتور به همراه گیربکس بر روی دماغه هواپیما هنگام نصب موتور ، ممکن است که راحت نباشد.

موتورهای Outrunner بسیار کندتر از موتورهای Inrunner میچرخند و گشتاور بسیار بیشتری هم ایجاد میکنند. بزرگترین حسن این موتورها این است که در واقع نیازی به گیربکس ندارند. این موضوع باعث میشود که هواپیما سر و صدای بسیار کمتری ایجاد کند و تقریبا بی صدا باشد.

از طرفی، موتورهای Outrunner را بسیار راحت تر میتوان نصب نمود.نکته منفی در مورد این موتورها این است که دست شما در انتخاب ملخهای مختلف برای هواپیمایتان باز نیست. شما مجبورید موتور مناسب برای هواپیمایتان را انتخاب کنید اما همانطور که در بالا گفتیم، در مورد موتورهای Inrunner ، شما با تغییر اندازه چرخ دنده های گیربکس میتوانید یک موتور را برای اندازه های مختلف ملخ بکار ببرید. همچنین، راندمان موتورهای Outrunner در مقایسه با Inrunner پائینتر است. اما این مسئله یک مشکل بزرگ برای شما نخواهد بود.

مقایسه این دو نوع موتور:
Inrunner دور بالا ، گشتاور پائین * راندمان بالاتر * نیاز به گیربکس دارند * قابلیت استفاده از انواع ملخ * سر و صدای زیاد * Outrunner: دور پائین ، گشتاور بالا * راندمان پائینتر* عدم نیاز به گیربکس* محدودیت در انتخاب ملخ * تقریبا بی صدا

آشنائی با مشخصات موتورهای براشلس:

ثابت ولتاژ:

ثابت ولتاژ یا Kv عبارت است از تعداد دوری که موتور به ازای هر ولت میزند. از آنجائی که هیچ موتوری با راندمان ۱۰۰ درصد نیست، معمولا مقدار واقعی کمی کمتر از این خواهد بود.بعنوان مثال اگر شما ولتاژ ۱۰ ولت به یک موتور با Kv برابر با ۱۲۰۰ وارد نمائید، این موتور با دور ۱۲۰۰*۱۰=۱۲۰۰۰ دور در دقیقه خواهد چرخید.

ثابت گشتاور:

ثابت گشتاور را Kt مینامند. برای همه موتورها، Kt=1355/Kv . با این وصف، هر چه دور یک موتور در یک ولتاژ مشخص بالاتر باشد، گشتاور آن پائینتر خواهد بود.بطور کلی، موتورهای Outrunner دارای Kv پائینتر هستند که باعث ایجاد گشتاور بالاتر و توانائی چرخاندن ملخهای بزرگتر در آنها میشود. عکس این موضوع هم در مورد موتورهای Inrunnerصادق است.

جریان بدون بار:

جریان بدون بار یا Io به مقدار جریانی میگویند که موتور بدون بستن ملخ بر روی آن مصرف میکند. بعنوان مثال، اگر موتور شما ۲۵ آمپر جریان میکشد و جریان بدون بار آن ۲ آمپر است، در اینصورت شما در واقع ۲۳ آمپر صرف چرخاندن ملخ میکنید.

جریان و توان:

حداکثر جریان و توان ، چیزی است که مشخص میکند چه اندازه ملخ و چه سایز هواپیمائی را میتوان با این موتور بکار برد. برای بدست آوردن توان کافیست که جریان را در ولتاژ باتری ضرب کنید.هرچه اندازه و گام ملخ بزرگتر باشد، جریانی که موتور در یک دور مشخص میکشد بیشتر خواهد بود.

مثلا موتور ۱۲۰۰KV مورد اشاره، با ولتاژ ۱۰ ولت اعمال شده، ۱۲۰۰۰ دور بر دقیقه خواهد چرخید، چه ملخ ۱۰×۶ بر روی آن بسته باشید و چه ۱۱×۵ .اما ملخ ۱۱×۵ باعث خواهد شد که موتور جریان بیشتری بکشد. اگر موتور بیش از حد جریان بکشد، آسیب خواهد دید

موتور جریان مستقیم براشلس(Brushless DC Motor) همانطور که از اسمش پیداست یک موتور جریان مستقیم بدون جاروبک است که به خاطر ازبین بردن معایب و محدودیت های موتورهای زغالی طراحی شده است. موتور براشلس یک موتور سنکرون آهنربای دائم است.در این موتورها سیستم مکانیکی جاروبک و کموتاتور حذف شده است و به جای آن از یک کنترلر الکترونیکی استفاده می شود.بنابراین با حذف زغال و کموتاتور, سیم بندی به مدار کنترلر متصل می شود.موتورهای براشلس در بسیاری از موارد جایگزین موتورهای DC مرسوم شده اند.

در موتور براشلس از یک اینورتر ۶ سطحی (پله ای ) استفاده می شود.این اینورتر جریان را به صورتی به سیم پیچ ها تزریق می کند که در هر سیم پیچ ۶۰ درجه بدون برق و ۱۲۰ درجه برقدار باشد.در این اینورتر هر پله ۶۰ درجه الکتریکی است که شش پله آن معادل ۳۶۰ درجه الکتریکی است.

با استفاده از سنسورهای اثر هال تعبیه شده در اطراف رتور, این سنسورها موقعیت رتور را با توجه به قطب مغناطیسی آن تشخیص داده و سیگنال مشاهده را به میکروکنترلر می فرستند.اطلاعات ارسالی از سنسورهای اثر هال به میکروکنترلر توسط Decoder خارج می شود.طرز کار این موتور به این صورت است که هر سیم پیچ فقط ۱۲۰ درجه برقدار و ۶۰ درجه بدون برق است.همچنین در هر حالت که میکرو کنترلر فرمان می دهد, فقط دو سیم پیچ برقدار هستند و سیم پیچ سوم بدون برق است.

همانطور که در شکل بالا مشاهده می شود,در هر ۱۲۰ درجه دو سنسور اثر هال به میکروکنترلر سیگنال ارسال می کنند و در ۶۰ درجه بعدی یکی از سنسورها خاموش شده و سنسور دیگر روشن می شود و جربان لازم برای استمرار گشتاور را تامین میکند.

در این پروژه با استفاده از برد آردوینو UNO موتور براشلس را کنترل می کنیم.