Porównanie zalet i wad silników szczotkowych i bezszczotkowych

Szczotkowy silnik prądu stałego wytwarza maksymalny moment obrotowy w spoczynku, który maleje liniowo wraz ze wzrostem prędkości. Silniki bezszczotkowe mogą pokonać niektóre ograniczenia silników szczotkowych; Należą do nich wyższa wydajność i mniejsza wrażliwość na zużycie mechaniczne. Korzyści te odbywają się kosztem potencjalnie mniej wytrzymałej, bardziej złożonej i droższej elektroniki sterującej.
Typowe silniki bezszczotkowe mają magnesy trwałe, które obracają się wokół nieruchomego twornika, eliminując problem podłączenia prądu do ruchomego twornika. Sterownik elektroniczny zastępuje element szczotki/komutatora bezszczotkowego silnika prądu stałego, który stale przełącza fazę uzwojeń, aby utrzymać pracę silnika. Sterownik zapewnia podobny rozkład mocy taktowania, wykorzystując obwód półprzewodnikowy zamiast układu szczotka/komutator.
Bezszczotkowe silniki prądu stałego mają kilka zalet w porównaniu z bezszczotkowymi silnikami prądu stałego, w tym wysoki stosunek momentu obrotowego do masy, większy moment obrotowy na wat (lepsza wydajność), wyższą niezawodność, niższy poziom hałasu, dłuższą żywotność (korozja bezszczotkowa i komutatorowa), eliminację iskier jonizujących z komutatory i ogólną redukcję zakłóceń elektromagnetycznych (EMI). Ponieważ na wirniku nie ma uzwojeń, nie podlegają one działaniu siły odśrodkowej, a ponieważ uzwojenia są podtrzymywane przez obudowę, mogą być chłodzone poprzez przewodzenie i nie wymagają przepływu powietrza wewnątrz silnika do ich chłodzenia. To z kolei oznacza, że ​​wnętrze silnika można całkowicie zamknąć i zabezpieczyć przed brudem lub innymi substancjami obcymi.
Bezszczotkową komutację silnika można wdrożyć w oprogramowaniu wykorzystującym mikrokontroler lub komputer mikroprocesorowy, w sprzęcie analogowym lub w cyfrowym oprogramowaniu sprzętowym za pomocą programowalnej macierzy bramek (FPGA). Cofanie za pomocą elektroniki zamiast szczotek zapewnia większą elastyczność i funkcjonalność niedostępną w przypadku szczotkowych silników prądu stałego, w tym ograniczenia prędkości, działanie „mikrokrokowe” w celu wolnego i/lub dokładnego sterowania silnikiem oraz utrzymywanie momentu obrotowego w stanie spoczynku. Oprogramowanie sterownika można dostosować do konkretnych silników używanych w danej aplikacji, co skutkuje większą wydajnością komutacji.
Maksymalna moc dostarczana do silnika bezszczotkowego jest w dużej mierze ograniczona przez ciepło, a zbyt duża ilość ciepła osłabi magnes i uszkodzi właściwości izolacyjne uzwojeń.
Silniki bezszczotkowe są bardziej wydajne niż silniki bezszczotkowe, jeśli chodzi o przekształcanie energii elektrycznej w moc mechaniczną. Poprawa ta wynika w dużej mierze z częstotliwości prądu przełączania określonej przez sprzężenie zwrotne czujnika położenia. Dodatkową korzyścią jest brak szczotek, co zmniejsza straty energii mechanicznej na skutek tarcia. Wzrost wydajności jest największy w obszarach krzywej wydajności silnika bez obciążenia i przy niskim obciążeniu. Przy dużych obciążeniach mechanicznych sprawność silników bezszczotkowych i wysokiej jakości silników szczotkowych jest porównywalna.
Środowisko i wymagania stawiane producentom w zakresie stosowania bezszczotkowych silników prądu stałego obejmują bezobsługową pracę, duże prędkości i ryzyko iskrzenia lub potencjalnie wpływające na działanie sprzętu wrażliwego na elektronikę.
Budowa silnika bezszczotkowego może przypominać silnik krokowy. W przeciwieństwie do silników krokowych, silniki bezszczotkowe są zwykle używane do wytwarzania ciągłego obrotu. Silniki krokowe zazwyczaj nie są wyposażone w czujniki położenia wału zapewniające wewnętrzne sprzężenie zwrotne dotyczące położenia wirnika. Zamiast tego sterownik krokowy będzie polegał na czujnikach wykrywających położenie napędzanego urządzenia. Często zatrzymują się, gdy wirnik znajduje się w określonym położeniu kątowym, jednocześnie wytwarzając moment obrotowy. Dobrze zaprojektowany układ silnika bezszczotkowego można również utrzymywać przy zerowych obrotach i ograniczonym momencie obrotowym.