Щеточные мотор-редукторы постоянного тока: сердцебиение многих устройств

Щеточные мотор-редукторы постоянного тока , или коллекторные мотор-редукторы постоянного тока, представляют собой традиционные, но универсальные компоненты, широко используемые в различных приложениях: от игрушек и бытовой техники до промышленного оборудования. Эти двигатели существуют уже несколько десятилетий, и их популярность обусловлена ​​их простотой, надежностью и экономичностью.

Коллекторные мотор-редукторы постоянного тока состоят из нескольких ключевых компонентов: статора, ротора, щеток, коллектора и редуктора. Статор, обычно состоящий из постоянных магнитов или электромагнитных катушек, создает постоянное магнитное поле. Ротор, состоящий из катушек, намотанных на якорь, вращается внутри этого поля. Щетки, закрепленные на одном конце статора, служат электрическими контактами, передающими ток к катушкам ротора через коммутатор.

Коммутатор представляет собой механический переключатель, прикрепленный к валу ротора, с сегментами, которые замыкают и разрывают контакт со щетками при вращении ротора. Такое изменение направления контакта гарантирует, что ток через катушки ротора меняется, сохраняя направление магнитного поля и обеспечивая непрерывное вращение. Редуктор, прикрепленный к валу ротора, снижает скорость двигателя и увеличивает его крутящий момент, что делает его пригодным для применений, требующих точного управления и высокого крутящего момента.

Преимущества
Экономичность: Коллекторные мотор-редукторы постоянного тока относительно недороги благодаря простой конструкции и схемам управления. Это делает их привлекательным выбором для чувствительных к затратам приложений.
Линейная зависимость скорости от крутящего момента: скорость двигателей прямо пропорциональна приложенному напряжению, а крутящий момент пропорционален току. Эта характеристика позволяет точно контролировать скорость и крутящий момент.
Простота управления: для базовых коллекторных мотор-редукторов постоянного тока требуется всего два кабеля между источником питания и двигателем, что упрощает проводку и снижает затраты, связанные с разъемами и кабелями.
Широкое применение: от дешевых электронных игрушек и вентиляторов до автомобильных регуляторов сидений, коллекторные мотор-редукторы постоянного тока находят свое применение во многих устройствах, что свидетельствует об их универсальности.
Недостатки
Износ щеток. Щетки и коллектор подвержены износу и требуют периодической замены, что увеличивает затраты на техническое обслуживание.
Электромагнитные помехи. Искры, образующиеся между щетками и коллектором, могут вызвать электромагнитные помехи, потенциально влияющие на другие компоненты системы.
Ограниченный срок службы: износ щеток ограничивает общий срок службы двигателя. Кроме того, высокие токи могут привести к размагничиванию магнитного материала, что еще больше ухудшает характеристики.
Низкий КПД: трение и тепловые потери на щеточных контактах снижают эффективность двигателя по сравнению с бесщеточными двигателями постоянного тока.

Несмотря на свои ограничения, коллекторные мотор-редукторы постоянного тока продолжают развиваться. Инновации в конструкции обмоток, такие как внедрение волновых обмоток наряду с многослойными обмотками, позволили сократить использование меди, снизить затраты и вес при сохранении производительности. Производители также изучают материалы и покрытия для продления срока службы щеток и коллектора, тем самым повышая надежность и снижая требования к техническому обслуживанию.