Động cơ BLDC (động cơ không chổi than) là động cơ điện được chuyển mạch bằng điện tử với những nam châm điện dòng DC di chuyển rotor xung quanh stator.

Động cơ không chổi than là gì ? Tại sao loại động cơ này lại được ưa chuộng ?

Động cơ BDLC là gì ?

Động cơ không chổi than hay còn gọi là động cơ BLDC, (Brushless DC motor), là động cơ điện được chuyển mạch bằng điện tử với những nam châm điện dòng DC di chuyển rotor xung quanh stator. Động cơ không chổi than sử dụng bộ điều khiển để tạo ra sự chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học.

BLDC motor là động cơ đồng bộ, nghĩa là tốc độ rotor bằng với tốc độ từ trường. BLDC motor được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp tự động, máy in, ô tô, tiêu dùng, y tế và thiết bị đo đạc.

Cấu tạo của động cơ BLDC

Cũng giống với những động cơ đồng bộ thông thường, những cuộn dây BLDC được đặt lệch nhau 120 độ trong không gian của stator. Những thanh nam châm được gắn chắc chắn vào thân rotor làm nhiệm vụ kích từ cho động cơ. Điểm khác biệt của động cơ BLDC so với những động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khác là thiết bị này bắt buộc phải cảm biến vị trí rotor để động cơ có thể hoạt động.

• Stator: Gồm có lõi sắt (những lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau) và dây quấn. Cách quấn dây của BLDC khác so với cách quấn dây của động cơ xoay chiều 3 pha thông thường, sự đặc biệt này tạo nên sức phản điện động dạng hình thang.
• Rotor: Về cơ bản, rotor không khác so với những động cơ nam châm vĩnh cửu khác.
• Hall sensor: Vì đặc thù sức phản điện động có dạng hình thang nên cấu hình điều khiển thông thường của động cơ không chổi than cần có cảm biến để xác định vị trí của từ trường rotor so với các pha của cuộn dây stator. Để làm được điều đó, người ta thường sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall sensor, gọi tắt là Hall. Điểm đáng chú ý là Hall sensor được gắn trên stator của BLDC chứ không phải trên rotor.

Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của động cơ BLDC dựa trên lực tương tác của từ trường do stator tạo ra và nam châm vĩnh cửu trên rotor. Khi dòng điện chạy qua một trong ba cuộn dây stato sẽ tạo ra cực từ hút những nam châm vĩnh cửu gần nhất có cực từ trái dấu. Rotor sẽ tiếp tục chuyển động nếu dòng điện dịch chuyển sang một cuộn dây liền kề. Cấp điện tuần tự cho mỗi cuộn dây sẽ làm cho rotor quay theo từ trường quay.

Trong thực tế, để tăng lực tương tác, người ta sẽ cấp điện cùng lúc cả hai cuộn dây, thứ tự chuyển tiếp giữa những cuộn dây được điều khiển bởi  mạch điều khiển motor brushless.

Ưu và nhược điểm

Ưu điểm

Do được kích từ nam châm vĩnh cửu nên giảm tổn hao đồng và sắt trên rotor, động cơ không chổi than motor có nhiều ưu điểm như:

• Mật độ từ thông khe hở không khí lớn.
• Tỷ lệ công suất/khối lượng máy điện tương đối cao.
• Tỷ lệ momen quán tính lớn (khả năng tăng gia tốc rất nhanh chóng).
• Vận hành nhẹ nhàng, êm ái dù ở vận tốc thấp hay cao.
• Có thể tăng tốc và giảm tốc trong một khoảng thời gian ngắn.
• Hiệu suất cao.
• Kết cấu gọn.
• Hiệu quả của những động cơ thường chỉ đạt 70~75% trong khi hiệu suất của động cơ không chổi than có thể lên tới 90%.
• Động cơ không chổi than có khả năng kiểm soát tốc độ tốt hơn, thích hợp cho những ứng dụng tốc độ cao (trên 10.000r/min).
• Động cơ không chổi than sẽ giúp người dùng tiết kiệm được chi phí bảo trì, thay thế chổi than và vành trượt.

Nhược điểm

Motor không chổi than được chế tạo từ nam châm vĩnh cửu và cảm biến Hall để điều khiển tốc độ và momen động cơ chính xác nên có giá thành tương đối cao. Tuy nhiên, với xu hướng sử dụng động cơ không chổi than tăng mạnh nên giá thành cũng có xu hướng tăng.

Ứng dụng

Động cơ BLDC có những ứng dụng chính như:

• Ứng dụng tải trọng trong biến đổi: Được sử dụng trong các thiết bị gia dụng, Dryer, máy nén khí.
• Vị trí các ứng dụng: Kiểm soát trong công nghiệp và các ứng dụng điều khiển tự động (các loại robot lắp ráp công nghiệp, robot gia dụng,…)

Tại sao nên sử dụng động cơ BLDC

Đông cơ DC chổi than thông thường chổi than mòn theo thời gian và ngoài ra nó có thể gây ra tia lửa điện. Chính vì vậy để tăng tuổi thọ và độ bền đối với động cơ DC bắt buộc phải kiểm tra và bảo trì thường xuyên. Điều này gây khó khăn cho người sử dụng.

Do đó, động cơ DC chổi than thường không được sử dụng trong các thiết bị đòi hỏi độ bền cũng như độ tin cậy cao.

Động cơ BLDC được sử dụng trong hầu hết các thiết bị hiện đại. Hiệu suất của một động cơ BLDC thường khoảng 85-90%, trong khi động cơ chổi than thông thường chỉ đạt 75-80%. Động cơ BLDC cũng thích hợp cho các ứng dụng tốc độ cao (10.000 rpm hoặc cao hơn). Các động cơ BLDC cũng được kiểm soát tốc độ tốt hơn