Порівняння переваг і недоліків щіткових і безщіткових схем двигуна

Матовий двигун постійного струму створює максимальний крутний момент у стані спокою, який лінійно зменшується зі збільшенням швидкості. Безщіточні двигуни можуть подолати деякі обмеження щіткових двигунів; Вони включають більш високу ефективність і меншу чутливість до механічного зносу. Ці переваги досягаються ціною потенційно менш надійної, складнішої та дорожчої електроніки керування.
Типові безщіточні двигуни мають постійні магніти, які обертаються навколо нерухомого якоря, усуваючи проблему підключення струму до рухомого якоря. Електронний контролер замінює компонент щітки/комутатора безщіткового двигуна постійного струму, який постійно перемикає фазу обмоток, щоб підтримувати роботу двигуна. Контролер виконує подібний розподіл потужності за часом, використовуючи твердотільну схему замість системи щітка/комутатор.
Безщіточні двигуни постійного струму пропонують ряд переваг порівняно з безщітковими двигунами постійного струму, зокрема високе співвідношення крутного моменту до ваги, більший крутний момент на ват (покращена ефективність), вищу надійність, низький рівень шуму, довший термін служби (безщіточна корозія та корозія комутатора), усунення іонізуючих іскор із комутатори та загальне зменшення електромагнітних перешкод (EMI). Оскільки на роторі немає обмоток, вони не піддаються дії відцентрової сили, а оскільки обмотки підтримуються корпусом, вони можуть охолоджуватися за допомогою провідності та не потребують потоку повітря всередині двигуна для охолодження. Це, у свою чергу, означає, що внутрішня частина двигуна може бути повністю закрита та захищена від бруду та інших сторонніх речовин.
Комутація безщіткового двигуна може бути реалізована програмним забезпеченням за допомогою мікроконтролера або мікропроцесорного комп’ютера, аналоговим апаратним забезпеченням або цифровим мікропрограмним забезпеченням за допомогою програмованої вентильної матриці (FPGA). Реверс з електронікою замість щіток забезпечує більшу гнучкість і функціональність, недоступну для щіткових двигунів постійного струму, включаючи обмеження швидкості, «мікрокрокову» роботу для повільного та/або точного керування двигуном і утримання крутного моменту в спокої. Програмне забезпечення контролера можна налаштувати для конкретних двигунів для використання в додатку, що призводить до більшої ефективності комутації.
Максимальна потужність безщіткового двигуна значною мірою обмежується нагріванням, а занадто велике нагрівання послабить магніт і пошкодить ізоляційні властивості обмоток.
Безщіточні двигуни є більш ефективними, ніж безщіточні двигуни, коли справа доходить до перетворення електроенергії в механічну. Це покращення значною мірою пов’язане з частотою струму перемикання, що визначається зворотним зв’язком датчика положення. Додаткова перевага пов'язана з відсутністю щіток, що зменшує втрати механічної енергії на тертя. Підвищення ефективності є найбільшим у зонах холостого ходу та низького навантаження кривої продуктивності двигуна. При високих механічних навантаженнях ефективність безщіткових двигунів і високоякісних щіткових двигунів порівнянна.
Середовище та вимоги до виробників для використання безщіткових двигунів постійного струму передбачають необслуговування, високу швидкість та небезпеку іскри або потенційний вплив на роботу чутливого до електроніки обладнання.
Конструкція безщіткового двигуна може бути схожа на структуру крокового двигуна. На відміну від крокових двигунів, безщіточні двигуни зазвичай використовуються для безперервного обертання. Крокові двигуни, як правило, не містять датчиків положення валу для внутрішнього зворотного зв’язку щодо положення ротора. Натомість кроковий контролер покладатиметься на датчики для визначення положення керованого пристрою. Вони часто зупиняються, коли ротор знаходиться в певному кутовому положенні, але все ще створює крутний момент. Добре спроектовану систему безщіткового двигуна також можна підтримувати на нульових обертах і обмеженому крутному моменті.