مقارنة المحركات بلا فرش ذات التدفق الشعاعي المختلف

الضرورة من مقارنة المحركات بلا فرش ذات التدفق الشعاعي المختلف

نظراً للكفاءة العالية والواضحة والعمر الافتراضي الطويل وكذلك الحجم الصغير ونسبة الطاقة أو الوزن العالي، حيث أصبحت محركات التيار المستمر “بدون فرش” (BLDC) الخيار الواضح والأكثر شيوعاً للتطبيقات الصناعية، وبالمقارنة مع محركات (BLDC) العادية؛ فإن الجزء الثابت لمحرك (BLDC) الخالي من الحديد مصنوع ليس من الحديد ولكن من مادة بلاستيكية غير مغناطيسية.

حيث يجعل هذا توافقيات وصلة التدفق الناتجة عن فتحات الجزء الثابت من الحديد والتشبع المغناطيسي غائبة، ويقلل تموجات عزم الدوران والمقاومة إلى حد كبير، وهناك ثلاثة هياكل رئيسية لمحرك (BLDC) بدون حديد، وهي محركات بدون حديد خلفي داخلي للعضو الدوار مع حديد خلفي داخلي للدوار، كما ان لها دوار مزدوج كما هو مبين في الشكل التالي (1).

كما حظيت بقبول واسع النطاق في تطبيقات صناعية مختلفة، بحيث يوضح الشكل (1-A) إلى (C) الهياكل الثلاثة المختلفة المذكورة أعلاه لمحركات (BLDC) الخالية من الحديد مع النوع الأول والنوع الثاني والنوع الثالث على التوالي، وذلك كما هو مبين في الشكل (1)، بحيث تشتمل الأجزاء الثابتة لمحركات (BLDC) الثلاثة الخالية من الحديد بشكل أساسي على لفات الطور وإطار الجزء الثابت غير المغنطيسي الذي لا يظهر ويمكن أن يكون بدلاً من ذلك عن طريق الهواء.

وبالنسبة للنوع الأول، تشتمل أجزاء الدوار على (PMs) الخارجي والحديد الخلفي الخارجي. بالنسبة للنوع الثاني، كما تشتمل أجزاء الدوار على (PMs) الخارجي والمكاوي الخلفية الخارجية والداخلية، وبالنسبة للنوع الثالث، تشتمل أجزاء الدوار على (PMs) الخارجي والداخلي والأجزاء الخلفية الخارجية والداخلية.

علاوة على ذلك، وبالنسبة للنوع الأول؛ فإن الدوار الخارجي للمحرك مصنوع من أسطوانة فولاذية أسطوانية رفيعة على شكل كوب، كما ويتم تثبيت “المغناطيس الدائم” (PMs) على السطح الداخلي للحديد الخلفي للدوار الخارجي.

وبالنسبة للنوعين الثاني والثالث، يتكون قلب الدوار من مكاوي خلفية خارجية وداخلية، كما ويتم تثبيت (PMs) الخارجي على السطح الداخلي لأجزاء الخلفية الخارجية من النوعين الثاني والثالث، كما ويتم تركيب (PMs) الداخلية فقط على الجزء الخارجي سطح الحديد الخلفي الداخلي للدوارات من النوع الثالث.

الدراسات المتقدمة الخاصة بالأنواع الثلاث لمحركات BLDC

أجرى بعض الباحثين بعض الدراسات على كل نوع من أنواع محركات (BLDC) الثلاثة المقدمة، كما تم تحليل المجال المغناطيسي للمحرك، والذي اعتمد بنية “من الداخل إلى الخارج” مع الجزء الثابت الداخلي الخالي من الحديد (أي النوع الأول في هذه الطرح)، وذلك مع إهمال التأثيرات النهائية.

ومع ذلك، ونتيجة للتصميم من الداخل إلى الخارج؛ فإن هذا النوع من المحركات الكهربائية لديه دائماً عدد كبير من أزواج الأعمدة وقصور دوار عالي، بحيث تم فحص الآلة ذات الدوار الخارجي والجزء الثابت عديم النواة، وذلك لتلائم التطبيقات في أنظمة توليد وتخزين الطاقة النظيفة.

وفي المقابل؛ فإنه يتم حساب عزم الدوران وعزم (EMF) الخلفي لتلبية أقصى عزم دوران، بحيث تمت دراسة محرك (BLDC) بدون حديد مع حديد خلفي داخلي على الدوار ومع (PMs) مركب فقط على الحديد الخلفي الخارجي المقابل (أي النوع الثاني) لتحقيق كفاءة عالية، كما تم فحص توزيع المجال المغناطيسي للفجوة الهوائية والعكس الكهرومغناطيسي بواسطة (FEM)، وتم أخذ ممانعات الجزء النهائي في الاعتبار في حساب خسائر التيار الكهربائي المتداول.

لاحقاً تم العثور على دراسات أن آلات (PM)، والتي يمكنها توفير تدفق مغناطيسي أحادي والحصول على “كثافة تدفق مغناطيسي” عالية في فجوة الهواء، وبالتالي بالنسبة لآلات (PM) الخالية من الحديد؛ فإنها تُستخدم صفيف (Halbach PMs) على نطاق واسع للحصول على عزم دوران عالي وسلس وكفاءة عالية، بحيث تم فحص محرك (BLDC) بدون حديد مزود بدوار مغلق ومصفوفة “هالباخ” (PMs) والمثبتة على كل من أجزاء المحامل الخارجية والداخلية للعضو الدوار (أي النوع الثالث).

لذلك؛ فإن كثافة تدفق فجوة الهواء على طول نصف القطر قد درست دون مراعاة التأثير النهائي المحوري، وبسبب هذا؛ فقد تم اقتراح نوع من آلة (PM) ذات التدفق الشعاعي ثنائي الدوران بدون حديد (على غرار النوع الثالث)، كما وتم وصف تأثيرات اللف النهائي للمحركات ببساطة.

أيضاً يتم توصيل الجزء الخارجي والداخلي من قلب الدوار معاً بواسطة قرص طرفي، والذي يمكن أن يعمل كمروحة تبريد، لذلك وُجد أن هذه الفئة من الآلات الكهربائية (النوع الثالث) مناسبة لتطبيقات الفضاء الحرجة ذات السرعة العالية والمتوسطة، والتي تضمن أقصى درجات الدقة وأقل قيمة لعزم الدوران.