W ciągu ostatniej dekady bezszczotkowe silniki prądu stałego (bldc) coraz częściej zastępowały szczotkowe silniki prądu stałego, zwłaszcza w zastosowaniach, w których wymagane są wysokie prędkości (powyżej 12 000 obr./min) i długa żywotność.
Ale silniki BLDC nie mają wszystkich zalet: silniki BLDC oferują proste sterowanie i brak zaczepów, podczas gdy złożona konstrukcja silników BLDC oznacza wyższe koszty - konwencjonalne silniki BLDC są konstrukcjami szczelinowymi , to znaczy cewki są nawinięte w szczeliny wokół stojana.
W rezultacie opracowano silnik BLDC o konstrukcji bezszczelinowej, który ma 4 główne zalety w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami szczelinowymi BLDC.
Bezszczelinowe silniki BLDC wykorzystują konstrukcję bezszczelinową. Cewki są nawijane w oddzielnej operacji zewnętrznej, a następnie wkładane bezpośrednio do szczeliny powietrznej podczas montażu silnika.
W silnikach szczelinowych BLDC obecność zębów stojana zapobiega minimalizacji całkowitego rozmiaru silnika. Ponadto, wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru silnika, proces nawijania staje się coraz trudniejszy. W przeciwieństwie do tego, bezszczelinowe bezszczotkowe silniki prądu stałego mają uzwojenia, które są pochylone lub zamocowane osiowo na cylindrycznym rdzeniu stojana, co ułatwia zmniejszanie rozmiaru.
Konstrukcja bezszczelinowa ma również zalety kosztowe, ponieważ zmniejsza złożoność, a rdzeń stojana jest łatwiejszy w produkcji.
Podczas gdy obie konstrukcje mogą pracować z prędkościami znacznie wyższymi niż szczotkowe silniki prądu stałego, konstrukcje szczelinowe i bezszczelinowe mają różne właściwości przy dużych prędkościach. Aby uzyskać stabilność mechaniczną przy dużych prędkościach (od 40 000 do 60 000 obr./min), wirniki bezszczelinowe mają zwykle konstrukcję z dwubiegunowymi magnesami trwałymi. Ponadto, ze względu na istnienie dużej szczeliny powietrznej, gdy silnik pracuje z dużą prędkością, utrata rdzenia stojana jest ograniczona do akceptowalnego zakresu. Oznacza to, że bezszczelinowy silnik BLDC korzysta z bezszczelinowej struktury stojana o stosunkowo niskich stratach rdzenia, a tym samym wysokiej gęstości mocy.
W rzeczywistości, we wczesnych dniach projektowania bezszczelinowych silników BLDC, jego gęstość mocy była niższa niż w przypadku równoważnego silnika szczelinowego. Jednak pojawienie się wysokoenergetycznych magnesów trwałych i ich alternatywnych urządzeń magnetyzujących zmniejszyło lukę w wydajności. Silniki szczelinowe BLDC są mniej zdolne do stosowania magnesów wysokoenergetycznych ze względu na grubsze zęby wymagane do zwiększenia obciążenia magnetycznego silnika, co ma wpływ na zmniejszenie powierzchni szczeliny, a tym samym obciążenia elektrycznego silnika.
Silniki szczelinowe BLDC mogą zapewnić wyższy moment obrotowy niż konstrukcje bezszczelinowe, ponieważ konstrukcje szczelinowe mogą wytrzymać wyższe temperatury, umożliwiając wytworzenie większego momentu obrotowego. Jednak ze względu na nasycenie obwodu magnetycznego podczas pracy przeciążeniowej moment obrotowy silnika jest zmniejszony, a bezzębny w konstrukcji bezszczelinowej nie ma nasycenia magnetycznego, zapewniając w ten sposób lepsze przeciążenie.
Chociaż bezszczelinowe silniki BLDC mają wiele zalet w porównaniu ze standardowymi silnikami BLDC, w praktycznych zastosowaniach bezszczelinowe silniki BLDC nie zawsze są najlepszym wyborem. Na przykład bezszczelinowe silniki BLDC oferują niską indukcyjność, co stanowi wyzwanie dla sterowania ruchem. Jeśli stosowane jest sterowanie modulacją szerokości impulsu (pwm), niższa indukcyjność powoduje większe straty silnika. Regulatory o wyższych częstotliwościach przełączania (od 80 do 100 kHz) lub indukcyjności z kompensacją szeregową mogą być stosowane w celu złagodzenia problemu niskiej indukcyjności.
W rzeczywistości różne technologie silników BLDC nadają się do różnych zastosowań. Silniki szczelinowe BLDC nadają się do zastosowań takich jak pojazdy elektryczne lub urządzenia gospodarstwa domowego, które wymagają dużej liczby biegunów, a ostateczny rozmiar nie stanowi problemu. Są one również preferowane w trudnych warunkach, ponieważ cewki o konstrukcji szczelinowej są łatwiejsze do ochrony i mechanicznie utrzymywane przez zęby stojana. A w przypadku zastosowań wymagających dużej prędkości i niewielkich rozmiarów, takich jak sprzęt medyczny lub przenośne narzędzia przemysłowe, bezszczelinowe silniki BLDC są lepszym wyborem, oferując najlepsze rozwiązanie.