هناك نوعان رئيسيان من محركات التيار المستمر بدون فرشاة: بدون قلب ومحركات ذات قلب. في هذه المقالة، سنتعمق في الاختلافات بين محركات التيار المستمر بدون قلب ومحركات ذات قلب، ومقارنة بين بنيتها وأدائها وأفضل حالات الاستخدام.

البنية الأساسية لمحركات التيار المستمر عديمة الفرشاة

قبل تشريح الاختلافات، من المهم فهم العناصر الأساسية لمحركات التيار المستمر بدون فرشاة:

• الدوار: يدور داخل المحرك ويتكون من مغناطيسات دائمة.
• الجزء الثابت: المكون الثابت الذي يحتوي على الملفات أو اللفات التي تنتج المجال الكهرومغناطيسي.
• المتحكم الإلكتروني: يحل محل المبدل والفرش التقليديين، ويتحكم في تدفق التيار إلى اللفات ويضمن التشغيل السلس.

الفرق الرئيسي بين محركات BLDC بدون قلب ومحركات BLDC ذات القلب يكمن في بناء الجزء الثابت والدوار، مما يؤثر على أداء المحرك من حيث السرعة والكفاءة وعزم الدوران.

الاختلافات البنيوية

محرك BLDC بدون قلب

محرك CoredL BLDC

الميزة	محرك BLDC ذو القلب الحديدي	محرك BLDC بدون قلب حديدي
تكوين الدوار	قلب حديدي مع لفائف	لفائف بدون قلب حديدي
تكوين الجزء الثابت	ملفات ثابتة مع مغناطيسات	ملفات ثابتة مع مغناطيسات
القصور الذاتي	أعلى، بسبب كتلة القلب الحديدي	منخفض، لعدم وجود قلب حديدي
تكوين اللفائف	مثبتة حول قلب حديدي	بدون قلب أو حرة التعليق
قوة المجال المغناطيسي	تدفق مغناطيسي أقوى بسبب القلب الحديدي	أضعف، ولكنه محسن للوزن الخفيف
الحجم والوزن	أكبر وأثقل	مضغوط وخفيف الوزن
التكلفة	أقل، بسبب التصميم الأبسط	أعلى، بسبب التصميم الأكثر تعقيدًا

يؤدي التصميم الفريد للدوار في محرك BLDC بدون قلب حديدي إلى اختلافات كبيرة في الأداء، خاصة في التطبيقات التي تتطلب استجابة سريعة واهتزازًا أقل وتشغيلًا سلسًا.

خصائص الأداء

القصور الذاتي والاستجابة

• محرك BLDC مجوف: يؤدي وجود قلب حديدي في الدوار إلى زيادة عزم المحرك، مما قد يؤدي إلى إبطاء تسارعه وتباطؤه. تعمل الكتلة المضافة للدوار على تقليل الاستجابة، مما يجعل المحرك أكثر ملاءمة للتطبيقات التي لا تتطلب تغييرات سريعة في السرعة.
• محرك BLDC بدون قلب: بدون قلب حديدي، يكون الدوار أخف وزنًا بشكل ملحوظ، مما يؤدي إلى انخفاض القصور الذاتي. وهذا يسمح بالتسارع والتباطؤ السريعين، مما يوفر أوقات استجابة أسرع، وهو أمر بالغ الأهمية في التطبيقات عالية الدقة مثل الروبوتات والفضاء الجوي.

عزم الدوران الناتج

• محرك BLDC ذو القلب: نظرًا للتدفق المغناطيسي المركّز الناتج عن القلب الحديدي، تولد محركات BLDC ذات القلب عزم دوران أعلى عند حجم معين. وبالتالي فهي مثالية للاستخدامات التي تحتاج إلى قدر كبير من عزم الدوران، مثل الآلات الصناعية أو السيارات الكهربائية.
• محرك BLDC بدون قلب: يؤدي غياب القلب الحديدي إلى انخفاض عزم الدوران الناتج. ومع ذلك، تم تحسين المحركات بدون قلب للتطبيقات عالية السرعة حيث يكون التصميم خفيف الوزن والكفاءة أكثر أهمية من عزم الدوران المطلق.

كفاءة

• محرك BLDC ذو قلب حديدي: يتسبب القلب الحديدي في حدوث خسائر في التيار الدوامي والهستيريسيس، مما يقلل من الكفاءة، وخاصة عند السرعات العالية. وفي حين أن هذه المحركات فعالة في العمليات ذات السرعات المنخفضة والمتوسطة، فإن خسائر الطاقة تزداد في الظروف الصعبة.
• محرك BLDC بدون قلب: بدون قلب حديدي، تتعرض المحركات بدون قلب لخسائر أقل تتعلق بالتيارات الدوامية والهستيريسيس. ويؤدي هذا إلى كفاءة إجمالية أعلى، وخاصة في التطبيقات عالية السرعة، مما يجعلها أكثر كفاءة في استخدام الطاقة في السيناريوهات التي تتطلب تشغيلًا مطولًا.

تأثير الترس وسلاسة التشغيل

• محرك BLDC مجوف: أحد عيوب المحركات المجوفة هو التأثير المسنن، وهو حركة متقطعة ناتجة عن تفاعل مغناطيسات الدوار مع أسنان الجزء الثابت. تظهر هذه المشكلة بشكل واضح عند السرعات المنخفضة، مما قد يتسبب في تشغيل الجهاز بشكل أقل سلاسة.
• محرك BLDC بدون قلب: يعمل التخلص من القلب الحديدي في الدوار أيضًا على التخلص من تأثير الترس، مما يوفر تشغيلًا أكثر سلاسة. هذه الميزة مرغوبة للغاية في التطبيقات الدقيقة حيث تكون الحركة السلسة بالغة الأهمية، مثل الأجهزة الطبية أو أنظمة تثبيت الكاميرات.

الإدارة الحرارية

• محرك BLDC مجوف: يمكن أن يحبس القلب الحديدي في المحركات المجوفة الحرارة، مما يؤدي إلى مشكلات حرارية محتملة أثناء التشغيل المستمر عند الأحمال العالية. ورغم أن هذه المحركات قوية بشكل عام، إلا أنها قد تتطلب أنظمة تبريد إضافية للاستخدام عالي الأداء لفترات طويلة.
• محرك BLDC بدون قلب: تعمل المحركات بدون قلب، بتصميمها الدوار المفتوح، على تبديد الحرارة بشكل أكثر كفاءة. ومع ذلك، في بعض الحالات، قد يؤدي عزم الدوران المنخفض إلى ارتفاع درجة الحرارة في سيناريوهات التحميل العالي، على الرغم من أن التصميم المناسب يمكن أن يخفف من هذا الخطر.

اعتبارات التكلفة

• محرك BLDC مجوف: إن التصميم البسيط للمحركات المجوفة، والتي تعتمد على مواد متوفرة على نطاق واسع مثل الحديد، يجعلها أكثر تكلفة. وعندما تكون القيود المالية مشكلة أو في التطبيقات الصناعية واسعة النطاق، فإن هذه الفعالية من حيث التكلفة مفيدة.
• محرك BLDC بدون قلب: نظرًا لتصميمه المعقد ومتطلبات المواد الفريدة، فإن المحركات بدون قلب تكون أكثر تكلفة عادةً. ومع ذلك، فإن فوائد الأداء غالبًا ما تبرر السعر الأعلى، وخاصة في التطبيقات حيث تكون الدقة والكفاءة والحجم الصغير ضرورية.

مقارنة البيانات

فيما يلي مقارنة بين مقاييس الأداء الرئيسية بين محركات BLDC ذات النواة وبدون النواة.

الميزة	محرك BLDC ذو القلب الحديدي	محرك BLDC بدون قلب حديدي
كثافة العزم	أعلى (5-10 نيوتن.م/كغ)	أقل (2-5 نيوتن.م/كغ)
الكفاءة	80-90% (لعمليات السرعة المتوسطة)	90-95% (لعمليات السرعة العالية)
القصور الذاتي	عالٍ (يحد من التسارع السريع)	منخفض (مثالي للتسارع السريع)
تأثير التسنين	ملحوظ عند السرعات المنخفضة	ضئيل أو غير موجود
تبديد الحرارة	يحتاج إلى تبريد خارجي عند الأحمال العالية	يبدد الحرارة بكفاءة طبيعية
الوزن	أثقل (أكثر متانة للاستخدام الصناعي)	خفيف الوزن (مثالي للأجهزة المحمولة)
التكلفة	أقل	أعلى

التطبيقات

تطبيقات محرك التيار المستمر عديم الفرشاة

• المعدات الصناعية: يجعل عزم الدوران العالي المحركات ذات القلب مثالية للآلات الثقيلة مثل الناقلات والمضخات وآلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر.
• المركبات الكهربائية: في المركبات الكهربائية، يعد عزم الدوران أمرًا بالغ الأهمية للدفع، مما يجعل المحركات ذات القلب خيارًا مناسبًا لأنظمة القيادة.
• الأجهزة المنزلية: تستفيد التطبيقات مثل مكيفات الهواء والثلاجات والغسالات من موثوقية المحركات ذات القلب وفعاليتها من حيث التكلفة.

تطبيقات محرك التيار المستمر بدون فرشاة وبدون قلب

• الطائرات بدون طيار والمركبات الجوية غير المأهولة: التصميم خفيف الوزن والكفاءة العالية للمحركات عديمة النواة تجعلها مثالية للاستخدام في الطائرات بدون طيار، حيث يكون الوزن عاملاً حاسماً.
• الأجهزة الطبية: تُستخدم المحركات عديمة النواة في المضخات الطبية والأطراف الصناعية والأدوات الجراحية نظرًا لحركتها الدقيقة وحجمها الصغير.
• الروبوتات: في التطبيقات التي تتطلب حركات سريعة ودقيقة، مثل الأذرع الروبوتية أو الروبوتات المستقلة، تتفوق المحركات عديمة النواة بسبب قصورها الذاتي المنخفض وتشغيلها السلس.

أي محرك يجب عليك اختياره؟

عند الاختيار بين محرك BLDC بدون قلب ومحرك BLDC ذو قلب، يعتمد الاختيار الصحيح على متطلبات التطبيق المحددة لديك:

اختر محرك DC بدون فرشاة إذا:

• يتطلب الأمر عزم دوران مرتفعًا، وخاصة في التطبيقات الشاقة.
• التكلفة مصدر قلق كبير، وهناك حاجة إلى خيارات صديقة للميزانية.
• سيتم استخدام المحرك في البيئات التي لا يكون فيها الحجم والوزن أمرًا بالغ الأهمية، مثل الآلات الصناعية أو تطبيقات السيارات.

اختر محرك DC بدون فرشاة بدون قلب إذا:

• إن انخفاض القصور الذاتي والاستجابة العالية أمران ضروريان، كما هو الحال في الروبوتات الدقيقة أو تطبيقات الطيران والفضاء.
• إن كفاءة الطاقة تشكل أولوية، وخاصة في العمليات عالية السرعة والمطولة.
• إن الحجم الصغير وتوفير الوزن أمران بالغي الأهمية، كما هو الحال في الطائرات بدون طيار أو الأجهزة المحمولة أو الأدوات الطبية.

خاتمة

تقدم محركات التيار المستمر بدون فرشاة، سواء كانت ذات قلب حديدي أو بدون حديد، مزايا فريدة ويمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من التطبيقات. إن فهم هذه الاختلافات يضمن لك الاختيار الأفضل لاحتياجاتك المحددة، مما يسمح لمصنعي محركات التيار المستمر بدون قلب بتعظيم أداء وكفاءة منتجاتهم.