PMSM- tai BLDC-moottori: mikä on näiden kahden magneettimoottorin välinen ero?
Teknisissä tiedotteissa puhutaan joko "BLDC"-moottoreista tai "PMSM"-moottoreista, joskus moottoreista, jotka näyttävät olevan täysin samanlaisia. Tämä ei ole sattumaa: nämä kaksi termiä viittaavat hyvin läheisiin sukulaisiin. Tämä opas selittää, mikä niissä todella erottaa toisensa, ja miksi tämä kysymys on erityisen tärkeä ohjaimelle.
Tärkeimmät asiat
- BLDC- ja PMSM-moottorit ovat molemmat harjattomia synkronimoottoreita, jotka on perusrakenteeltaan hyvin samankaltaisia.
- Ero johtuu siitä, millaisen jännitteen moottori tuottaa pyöriessään: BLDC-moottoreissa jännite on trapetsin muotoinen, kun taas PMSM-moottoreissa se on sini-aaltomuotoinen.
- BLDC-moottori sopii luontevasti käytettäväksi yhdessä kytkentäjännitteen ohjauksen kanssa, kun taas PMSM-moottori toimii parhaiten siniaalto- tai vektoriohjauksella (FOC).
- Käytännössä useimmat sähköpotkulautojen moottorit toimivat erittäin hyvin FOC-tilassa, riippumatta niiden valmistajasta tai mallista.
Yhteistä niille on..
Molemmissa moottoreissa on:
- vahvoja pysymagneetteja pyörivässä osassa, roottorissa;
- Käämitykset on sijoitettu kiinteään osaan, staattoriin, ja ne on jaettu kolmeen vaiheeseen;
- ei harjoja: tämä on ohjain, joka kytkee virran elektronisesti, mistä johtuu nimi "harjaton" (brushless).
Sähköpotkulaudan moottori on tästä tyypistä, ja siinä on yksi erityispiirre: roottori on ulkopuolella. Magneetit on liimattu vanteen sisäpuolelle, ja vanteen ympärillä pyörii staattori, joka on kiinnitetty akseliin. Tätä kutsutaan ulkoisella roottorilla varustetuksi moottoriksi.
Oikea ero: vastavirtamotori
Kun pyörität harjattoman sähkömoottoria käsin, se tuottaa jännitettä liittimilleen: se toimii dynamoina. Tätä jännitettä kutsutaan vastavirtajännitykseksi. Sen muoto riippuu siitä, miten käämitykset on järjestetty ja miten magneetit on muotoiltu.
| BLDC (harjaton tasavirtamoottori) | PMSM (pysyvämagneettikone) | |
|---|---|---|
| Tuotetun jännitteen muoto | Trapetsimainen (tasot ja kaltevuudet) | Siniaalto |
| Luonnollinen ohjaus | Neliöaalto, kuusi askelta per kierros sähkömoottorissa | Siniaalto- tai vektoriohjattu (FOC) -toiminto |
| Yhdistettynä sen luonnolliseen ohjaukseen | Pieniä epätasaisuuksia jokaisessa vaihdossa | Erittäin tasainen |
| Tyypilliset anturit | Kolme Hall-anturia riittävät | Tarvittava tarkka asennon määritys: enkooderi, resolver tai arviointi |
Neliöaalto-ohjauksessa virta syötetään askel-askeleelta kahteen vaiheeseen kerrallaan. Jos moottorin jännite seuraa samaa tasoa, vääntömomentti pysyy lähes vakiona: tämä on BLDC-moottorin toimintaperiaate. Siniaalto-ohjauksessa virta vaihtelee tasaisesti kolmessa vaiheessa; jos myös moottorin jännite on siniaalto, vääntömomentti on täysin tasainen: tämä on PMSM-moottorin toimintaperiaate.
Käytännössä raja on kuitenkin epäselvä
Useimmat todelliset moottorit ovat jossain näiden kahden välillä: niiden jännite ei ole täydellinen trapetsi eikä puhdas siniaalto. Siksi sama sähköpotkulauta -moottori voidaan myydä eri nimillä.
Työpajan käytännön kokemusten perusteella useimmat sähköpotkulaudojen napamoottorit toimivat erittäin hyvin vektoriohjauksella (FOC), mikä tekee niistä hiljaisempia ja pehmeämpiä kuin pulssinleveysmodulaatio (PWM) -ohjauksella. Niiden jännitteen tarkka muoto vaikuttaa vain vähän lopputulokseen.
Entä synkronimoottori ja asynkronimoottori?
« Synkronointi » tarkoittaa, että roottori pyörii täsmälleen samalla nopeudella kuin keloissa luotu magneettikenttä: tämä koskee esimerkiksi harjattomia (BLDC) ja pysyvämagneettisia (PMSM) moottoreita. Asynkroninen moottori taas ei sisällä magneetteja: roottorin magneettikenttä indusoituu staattorista, ja roottori pyörii hieman hitaammin kuin kenttä. Vaikka se onkin kestävä ja magneettiton, se on vähemmän kompakti samalla teholla, ja sitä esiintyy harvoin pienissä ajoneuvoissa.
Magneetit joko pinnalla tai sisällä
PMSM-moottoreihin voidaan edelleen jakaa pintaan liimatut roottorimagneetit (SPM) ja sisään sijoitetut magneetit (IPM). Tämä ero vaikuttaa merkittävästi moottorin käyttäytymiseen korkeilla nopeuksilla. Tästä kerrotaan tarkemmin oppaassamme: IPM- ja SPM-moottorit.
Mitä muuttuu, kun valitsee moottorin
- Moottorin tyyppi, olipa se BLDC tai PMSM, on vähemmän tärkeä kuin jännite, sallittu virta, jäähdytys ja moottorin nopeusvakio. Katso oppaamme aiheista Kv, Kt ja napaisuudet.
- Ohjaimen on kyettävä lukemaan moottorin yhteydessä olevia antureita.
- Sähköpotkulautojen moottorimme ovat harjattomia magneettimoottoreita, jotka ovat saatavilla sekä korkean nopeuden että korkean vääntömomentin versioina.
Usein kysytyt kysymykset
Voidaanko BLDC-moottoria ohjata FOC-tekniikalla?
Kyllä. Vektorikomento toimii erittäin hyvin useimpien niin sanottujen BLDC-moottoreiden kanssa, mikä parantaa hiljaisuutta ja sujuvuutta. Vääntömomentissa voi esiintyä pieniä heittoja, jos moottorin jännite poikkeaa merkittävästi siniaallosta, mutta tämä on harvoin häiritsevää.
Miten voin selvittää, onko moottorini tyypiltään BLDC vai PMSM?
Kun tarkastellaan jännitteen vaihtelua kahden vaiheen välillä oskilloskoopilla, kun moottoria pyöritetään käsin: säännöllinen siniaalto viittaa PMSM-moottoriin, kun taas tasaiset alueet viittaavat BLDC-moottoriin. Käytännössä tätä tietoa ei yleensä tarvita.
Onko sähköpotkulaudan moottori synkronimoottori?
Kyllä. Se on pysyvämagneettimoottori, joten se on synkronimoottori: sen pyörimisnopeus on suoraan yhteydessä siihen taajuuteen, jolla ohjain syöttää sille virtaa.