عواملی که بازدهی موتور بی‌چرخ‌دنده را تحت تأثیر قرار می‌دهند چیست؟

ماده مغناطیسی که در روتور موتور بی‌مس استفاده می‌شود نقش بسیار مهمی در بازدهی آن دارد. اکثر موتورهای پیشرفته بی‌مس از آهنرباهای دائمی کمیاب مانند نئودیم آهن بورون استفاده می‌کنند. این مواد دارای خواص مغناطیسی قوی هستند که به موتور کمک می‌کنند میدان‌های مغناطیسی پایدار و قدرمندی را با تلفات انرژی کمتر تولید کند. اگر ماده مغناطیسی از کیفیت پایین باشد—مثلاً دارای چگالی مغناطیسی نامناسب یا مغناطیس ضعیف باشد—موتور بی‌مس باید جریان بیشتری برای حفظ گشتاور مورد نیاز بکشد. این موضوع نه تنها انرژی را هدر می‌دهد، بلکه باعث گرم‌تر شدن موتور نیز می‌شود و بازدهی را بیشتر کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، برخی از موتورهای ارزان بی‌مس به جای آهنرباهای کمیاب از آهنرباهای فریتی درجه پایین استفاده می‌کنند. این آهنرباهای فریتی در دمای بالا سریع‌تر از دست دادن استحکام مغناطیسی را تجربه می‌کنند، که به معنای تلاش بیشتر موتور برای حفظ عملکرد پایه است. انتخاب موتور بی‌مسی که از مواد مغناطیسی با کیفیت بالا و معتبر (مانند آنهایی که استانداردهای صنعتی را دارند) استفاده می‌کند، کلیدی برای حفظ بازدهی بالا است.

کنترل موتور بی‌جرقه و تطابق سیستم درایو با آن به طور مستقیم بر بازدهی تأثیر می‌گذارد. یک سیستم درایو خوب از استراتژی‌های کنترل دقیق برای تنظیم جریان و ولت موتور در زمان واقعی استفاده می‌کند. به عنوان مثال، کنترل پیک جریان—که درایو چرخه کنترل را ثابت نگه می‌دارد و جریان سیم‌پیچ استاتور را با جریان تعیین‌شده دنبال می‌کند—به موتور بی‌جرقه کمک می‌کند بدون هدر دادن انرژی اضافی به طور نرم کار کند. اگر سیستم درایو به خوبی تطابق نشود، مثلاً با استفاده از یک کنترلر عمومی که با محدوده قدرت موتور سازگار نیست، موتور بی‌جرقه ممکن است جریان ناپایداری را تجربه کند. این مسئله می‌تواند منجر به افزایش تلفات مقاومت استاتور و کاهش کلی بازدهی شود. برخی از موتور‌های پیشرفته بی‌جرقه حتی با سیستم‌های درایو سفارشی عرضه می‌شوند که با پارامتر‌های خاص موتور، مانند منحنی گشتاور و محدوده سرعت، کالیبره شده‌اند. این تطابق تضمین می‌کند که موتور بی‌جرقه همیشه در منطقه بازدهی بیشترین کار کند، چه در سرعت پایین با گشتاور بالا و چه در سرعت بالا با بار سبک.

طراحی استاتور و روتور موتور بی‌درازی تأثیر بزرگی بر میزان بازدهی انرژی دارد. بیاید با استاتور شروع کنیم: اگر سیم‌پیچ‌ها به گونه‌ای قرار گرفته باشند که میدان‌های مغناطیسی نامنظم ایجاد کنند—مثل استفاده از سیم‌پیچ‌های نامرتب و بدون سازمان—از مقاومت بیشتر تلفات مسی رخ خواهد داد. از سوی دیگر، سیم‌پیچ‌های متمرکز تمام‌گام (concentrated full pitch windings) به‌خوبی طراحی‌شده به موتور بی‌درازی کمک می‌کنند تا نیروی محرکه الکتریکی معکوس (back EMF) به شکل یک تابع ذوزنقه‌ای هموار تولید کند، که این امر ضمن عملکرد، تلفات انرژی را کاهش می‌دهد. طراحی روتور نیز مهم است. روتوری با نسبت برجستگی بالا (نسبت القای محور d به محور q) می‌تواند گشتاور القایی موتور بی‌درازی را افزایش دهد. این بدین معناست که موتور می‌تواند بازدهی بالا را حفظ کند، حتی اگر عملکرد مغناطیسی آهنربای دائمی کمی کاهش یابد. برای مثال، برخی از موتور‌های بی‌درازی از ساختار روتوری استفاده می‌کنند که مدار مغناطیسی را تقویت می‌کند و اطمینان حاصل می‌شود که چگالی مغناطیسی در شکاف هوایی یکنواخت است. این امر از گرمای بیش‌ازحد محلی جلوگیری می‌کند و موتور را برای مدت بیشتری با بازدهی بالا نگه می‌دارد.

موتورهای بی‌جلوه زمانی که خیلی داغ می‌شوند، بازدهی خود را از دست می‌دهند، بنابراین دمای کار و پراکندگی حرارت عوامل مهمی هستند. اکثر موتورهای بی‌جلوه از آهنرباهای دائمی استفاده می‌کنند که با افزایش دما ضعیف می‌شوند. اگر موتور بیش از حد گرم شود — شاید به این دلیل که در محیط داغی کار می‌کند یا برای مدت طولانی تحت بار سنگین قرار دارد —، نیروی مغناطیسی آهنرباها کاهش می‌یابد. این امر باعث می‌شود موتور جریان بیشتری برای تولید گشتاور مشابه بکشد که منجر به اتلاف انرژی بیشتر و بازدهی پایین‌تر می‌شود. پراکندگی خوب حرارت به حفظ دمای پایدار و سرد موتور بی‌جلوه کمک می‌کند. این می‌تواند شامل مواردی مانند پوسته فلزی با هدایت حرارتی خوب، صفحات فنی (هیتسینک) داخلی، یا حتی فن‌های کوچک برای خنک‌کنندگی فعال باشد. به عنوان مثال، موتورهای صنعتی بی‌جلوه که در تجهیزات اتوماسیون استفاده می‌شوند، اغلب پوسته‌های آلومینیومی دارند که حرارت را به سرعت پخش می‌کنند. اگر یک موتور بی‌جلوه پراکندگی مناسب حرارت نداشته باشد، ممکن است به طور ناگهانی خاموش شود یا آهنرباهای آن آسیب دائمی ببینند که بازدهی آن را به طور کامل از بین می‌برد.

باری که یک موتور بی‌جلوه حمل می‌کند و سرعتی که با آن کار می‌کند نیز بر بازدهی آن تأثیر می‌گذارند. هر موتور بی‌جلوه دارای «ناحیه عملکرد کارآمد» است—محدوده‌ای از بار و سرعت که در آن انرژی را به‌طور مؤثرترین شکل ممکن مصرف می‌کند. اگر موتور را در سرعتی بسیار بالاتر یا پایین‌تر از محدوده بهینه خود کار دهید، یا اگر باری بیش از حد سنگین (یا بیش از حد سبک) به آن وارد کنید، بازدهی کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، یک موتور بی‌جلوه که برای بار متوسط و سرعت متوسط طراحی شده است، در صورت استفاده برای بار سبک و در سرعت بسیار بالا، انرژی را هدر می‌دهد. موتور همچنان جریان می‌کشد تا سرعت بالا را حفظ کند، اما از آنجا که بار سبک است، بیشتر این جریان برای انجام کار مفیدی استفاده نمی‌شود. از سوی دیگر، اعمال بار زیاد بر روی موتور بی‌جلوه باعث می‌شود موتور فراتر از ظرفیت خود کار کند و این امر منجر به افزایش جریان و تلفات بیشتر مسی می‌گردد. برای حفظ بازدهی بالا، مهم است که موتور بی‌جلوه‌ای را انتخاب کنید که با نیازهای واقعی بار و سرعت شما مطابقت داشته باشد. به عنوان مثال، اگر برای یک نوار نقاله که با سرعت متوسط و ثابت کار می‌کند به موتوری نیاز دارید، موتور بی‌جلوه‌ای را انتخاب کنید که ناحیه کارایی آن با آن عملکرد خاص سازگار باشد.