Welke factoren beïnvloeden de efficiëntie van een brushless motor?

Het magnetische materiaal dat wordt gebruikt in de rotor van een borstelloze motor speelt een grote rol in de efficiëntie ervan. De meeste high-performance borstelloze motoren gebruiken permanente magneten van zeldzame aard, zoals neodymium-ijzer-borium. Deze materialen hebben sterke magnetische eigenschappen die de motor helpen stabiele en krachtige magnetische velden te genereren met minder energieverlies. Als het magnetische materiaal van lage kwaliteit is—bijvoorbeeld met een ongelijke magnetische dichtheid of zwakke magnetisatie—dan heeft de borstelloze motor meer stroom nodig om het vereiste koppel te behouden. Dit verspilt niet alleen energie, maar zorgt er ook voor dat de motor heter draait, waardoor de efficiëntie verder afneemt. Bijvoorbeeld, sommige goedkope borstelloze motoren gebruiken lage-kwaliteit ferrietmagneten in plaats van magneten van zeldzame aard. Deze ferrietmagneten verliezen sneller hun magnetische sterkte bij hoge temperaturen, wat betekent dat de motor harder moet werken om simpelweg de basisverwachtingen te halen. Het kiezen van een borstelloze motor met hoogwaardige, gecertificeerde magnetische materialen (zoals materialen die voldoen aan industriestandaarden) is essentieel om een hoge efficiëntie te behouden.

Hoe een motor zonder borstels wordt aangestuurd en hoe goed het aandrijfsysteem erop is afgestemd, heeft rechtstreeks invloed op de efficiëntie. Een goed aandrijfsysteem gebruikt nauwkeurige regelstrategieën om in real time de stroom en spanning van de motor aan te passen. Bijvoorbeeld stroompiekregeling—waarbij de aansturing de regelcyclus constant houdt en de statorstroom de opgegeven stroom volgt—helpt de borstelloze motor vloeiend te draaien zonder onnodige energieverliezen. Als het aandrijfsysteem slecht is afgestemd, zoals wanneer een algemene controller wordt gebruikt die niet past bij het vermogensbereik van de motor, kan de borstelloze motor onstabiele stroom doorlaat ondervinden. Dit kan leiden tot hogere statorweerstandsverliezen en lagere algehele efficiëntie. Sommige geavanceerde borstelloze motoren zijn zelfs uitgerust met op maat gemaakte aandrijfsystemen die zijn gekalibreerd op specifieke motorparameters, zoals het koppelverloop en het toerentalbereik. Deze afstemming zorgt ervoor dat de borstelloze motor altijd in zijn meest efficiënte werkingsgebied werkt, of het nu met hoog koppel bij lage snelheid draait of met lichte belasting bij hoge snelheid.

Het ontwerp van de stator en rotor van de brushless motor heeft een grote invloed op het energiegebruik. Laten we beginnen met de stator: als de wikkelingen op een manier zijn gerangschikt die ongelijkmatige magnetische velden creëert—zoals rommelige, ongeorganiseerde wikkelingen—zal er meer koper verlies zijn door weerstand. Aan de andere kant, goed ontworpen geconcentreerde volle spoelwikkelingen (concentrated full pitch windings) helpen de brushless motor een vlotte trapeziumvormige tegen EMK (elektromotorische kracht) op te wekken, wat energieverlies tijdens bedrijf vermindert. Het rotorontwerp is ook belangrijk. Een rotor met een hoog uitgesproken verhouding (de verhouding van d-as tot q-as inductantie) kan het reluctantietoerental van de brushless motor verhogen. Dit betekent dat de motor een hoog rendement kan behouden, zelfs als de magnetische prestaties van de permanente magneet iets afnemen. Bijvoorbeeld, sommige brushless motoren gebruiken een rotorstructuur die het magnetische circuit verbetert, ervoor zorgt dat de magnetische dichtheid in de luchtspleet uniform is. Dit voorkomt plaatselijke oververhitting en zorgt dat de motor langer efficiënt blijft draaien.

Borstelloze motoren verliezen efficiëntie wanneer ze te heet worden, dus bedrijfstemperatuur en warmteafvoer zijn kritieke factoren. De meeste borstelloze motoren gebruiken permanente magneten die zwakker worden naarmate de temperatuur stijgt. Als de motor oververhit raakt—bijvoorbeeld doordat deze in een warme omgeving werkt of te lang onder zware belasting staat—neemt de magnetische sterkte van de magneten af. Dit dwingt de motor meer stroom te trekken om hetzelfde koppel te produceren, wat leidt tot hogere energieverliezen en lagere efficiëntie. Goede warmteafvoer helpt de borstelloze motor op een stabiele, koele temperatuur te houden. Dit kan bijvoorbeeld bestaan uit een metalen behuizing die warmte goed geleidt, ingebouwde koellichamen, of zelfs kleine ventilatoren voor actieve koeling. Industriële borstelloze motoren die in automatiseringsapparatuur worden gebruikt, hebben bijvoorbeeld vaak aluminium behuizingen die warmte snel verspreiden. Als een borstelloze motor niet voldoende warmteafvoer heeft, kan hij onverwacht uitschakelen of blijvende schade oplopen aan de magneten, waardoor zijn efficiëntie permanent wordt aangetast.

De belasting die een brushless motor draagt en de snelheid waarmee hij draait, beïnvloeden ook het rendement. Elke brushless motor heeft een 'efficiënte bedrijfszone'—een bereik van belasting en snelheid waarin hij energie het meest effectief gebruikt. Als u de motor draait met een snelheid die veel hoger of lager is dan zijn optimale bereik, of als u er een te zware (of te lichte) belasting op plaatst, neemt het rendement af. Bijvoorbeeld, een brushless motor die is ontworpen voor gemiddelde belasting en matige snelheid verspilt energie als u deze gebruikt voor een lichte belasting bij zeer hoge snelheid. De motor blijft stroom trekken om de hoge snelheid te behouden, maar aangezien de belasting licht is, wordt het grootste deel van die stroom niet gebruikt voor nuttige arbeid. Aan de andere kant, het overbelasten van de brushless motor dwingt hem te werken boven zijn capaciteit, wat leidt tot hogere stroom en meer koperverliezen. Om het rendement hoog te houden, is het belangrijk een brushless motor te kiezen die overeenkomt met uw daadwerkelijke belasting- en snelheidsbehoeften. Bijvoorbeeld, als u een motor nodig hebt voor een transportband die met een gestage gemiddelde snelheid draait, kies dan een brushless motor met een efficiënte zone die aansluit bij die specifieke bedrijfsomstandigheden.