حتى الآن، يفتقر غالبية الناس إلى الوعي بمحركات التيار المستمر عديمة الفرشاة ومحركاتها، على الرغم من أنهم قد واجهوها في الأجهزة اليومية مثل مكيفات الهواء والغسالات والمراوح الكهربائية ومجففات الشعر وما إلى ذلك. ونظرًا لقلة التعرض للمكونات الفعلية، فمن الطبيعي أن تكون لديك معرفة محدودة بالنظام بأكمله.

دعونا نتعمق في الجوانب الأساسية لأنظمة محركات التيار المستمر عديمة الفرشاة.

تعتمد جميع المحركات على مفهوم يُسمى "التبديل"، وهو عملية تحويل التيار (بطريقة معينة) لتحريك الجزء الدوار. عندما يتدفق التيار عبر الملف، يتحرك الجزء الدوار، مُولِّدًا مجالًا مغناطيسيًا (يُولَّد عادةً بواسطة مغناطيس دائم). قد يتنافر هذا المجال أو يجذب المجال المغناطيسي الموجود، مما يؤدي إلى حركة الجزء الدوار (الجزء المتحرك من المحرك) بالنسبة للجزء الثابت (الجزء الثابت من المحرك).

يُمثل مفهوم المغناطيس تشبيهًا جيدًا لظاهرة التبديل. عند وضع مغناطيسين متماثلين في القطب على طاولة، يتنافران. إذا كانت المسافة بينهما كافية، فسيتوقفان عن الحركة. تقريب أحد المغناطيسين من الآخر سيدفع الثاني بعيدًا عنه بفعل التنافر. استمرار هذه العملية يؤدي إلى حركة مستمرة، وهو مثال خطي على التبديل.

تنفذ محركات التيار المستمر ذات الفرشاة التبديل الميكانيكي

بمعنى آخر، يُسبب التركيب الفيزيائي للمحرك عملية التبديل. تتلامس الفرش مع المُبدِّل، ومع دوران المحرك، يُبدِّل التيار المار عبر ملف المحرك قطبيته. هذا يسمح للمجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم للجزء الثابت بمعارضة المجال المغناطيسي الناتج عن الجزء الدوار، مما يضمن قوة مستمرة. التبديل الميكانيكي يعني أن محرك التيار المستمر المُبَرَّى لا يتطلب سوى تطبيق جهد على ملفات المحرك لتدويره.

قد يلتبس الأمر على كثير من القراء عند هذا العنوان، فأنا لم أناقش محركات التيار المستمر عديمة الفرش بعد. ولكن، لشرح مفهوم "بدون فرش"، عليّ أولًا توضيح استخدامات الفرش.

أصل محركات التيار المستمر عديمة الفرشاة واضح نسبيًا: 

تنشأ معظم مشاكل محركات التيار المستمر ذات الفرش من الفرش. إذ يمكن أن تُسبب الفرش شرارات، وتتآكل، وتُصدر أصواتًا عالية، وتساهم في استهلاك كبير للطاقة، مما يُحد من السرعة ويُصعّب عملية التبريد. هذا يعني أن محركات التيار المستمر ذات الفرش غير مناسبة للتطبيقات المحيطة بالمواد القابلة للاشتعال، حيث تتطلب عمرًا افتراضيًا طويلًا، وتشغيلًا هادئًا، وكفاءة عالية في الأنظمة عالية السرعة أو الطاقة. هذه عيوب رئيسية للفرش، والتي يمكن معالجتها بالتخلص منها، ولكن هذا أيضًا يُزيل التبديل الميكانيكي.

يؤدي غياب التبديل الميكانيكي إلى ظهور مشكلات أخرى

لأن المحركات لا تزال بحاجة إلى تبديل. تستخدم محركات التيار المستمر عديمة الفرش التبديل الكهربائي، وهو أمرٌ يبدو سحريًا، أليس كذلك؟ في هذه الطريقة، يجب التأكد من أن التيار في المحرك يُولّد باستمرار مجالًا مغناطيسيًا قادرًا على تحريك الدوار. يجب معرفة موضع الدوار للتفكير في كيفية تطبيق التيار لتحريكه.

إن أول قرار هيكلي رئيسي في أنظمة محركات التيار المستمر عديمة الفرشاة هو التمييز بين الأنظمة "المستشعرة" و"غير المستشعرة". 

إذا كنت بحاجة إلى معرفة مكان الدوار، فهناك طريقتان يمكن أن تساعدك:

• تستخدم الطرق المستشعرة عادةً مستشعرات أو مُرمِّزات تأثير هول لتحديد موضع الدوار. ورغم أن المُرمِّزات تُوفِّر تغذية راجعة دقيقة للغاية للزاوية، إلا أن هذه الطريقة باهظة التكلفة. يُعدُّ مستشعر تأثير هول مستشعرًا مغناطيسيًا شائعًا، وفي محركات التيار المستمر ثلاثية الطور عديمة الفرش، يُمكن استخدام ثلاثة مستشعرات لتأثير هول لتحقيق تبديل بسيط بست خطوات.
• تتضمن الطرق غير المستشعرة تقدير القوة الدافعة الكهربائية الخلفية (EMF) المتولدة عند دوران المحرك. تُعدّ القوة الدافعة الكهربائية الخلفية موضوعًا معقدًا يُفضّل مناقشته بشكل منفصل. باختصار، هي الجهد المتولد في ملف المحرك، وهو دالة لسرعة المحرك والحمل. الطرق غير المستشعرة هي في الأساس تقديرات، وغالبًا ما تتطلب حسابات معقدة. مع انخفاض سرعة المحرك (مثلًا، للتحكم في الموضع في محركات السيرفو)، تُصبح الطرق غير المستشعرة صعبة للغاية بسبب انخفاض القوة الدافعة الكهربائية الخلفية.

القرار الهيكلي الرئيسي الثاني في أنظمة محركات التيار المستمر عديمة الفرشاة هو طريقة التحكم. 

إذا كنت تعرف موضع الدوار وتحتاج إلى تطبيق تيار معين لتحريكه، فإن محركات التيار المستمر ثلاثية الطور عديمة الفرش تتطلب ستة جهود كهربائية مختلفة على الأقل. يمكنك استخدام طرق تحكم "شبه منحرفة" أو "ست خطوات" أو "120 درجة" لتحديد كيفية تبديل محرك التيار المستمر عديم الفرش.

• التبديل شبه المنحرف
• التبديل الجيبي

هناك طريقة أخرى تتمثل في تطبيق أشكال موجية تيار أكثر سلاسة على المحرك، والمعروفة باسم التحكم "الجيبية" أو التحكم "180 درجة". 

يمكن أن تعمل طريقة التحكم هذه على تحسين الكفاءة وتقليل الضوضاء عند استخدامها مع المحرك المناسب، ولكنها تأتي مع تعقيد أعلى، وغالبًا ما تتطلب توقيت تعديل عرض النبضة (PWM) أكثر دقة.

يقدم المحتوى أعلاه مقدمة موجزة عن أساسيات أنظمة محركات التيار المستمر عديمة الفرش. ونظرًا لاتساع نطاق الموضوع، فإن هذه المقالة لا تتناول تفاصيل مثل التحكم في اتجاه المجال المغناطيسي، وبدء تشغيل المحرك، والدوارات الداخلية والخارجية، وأرقام الأقطاب، ولفائف دلتا (دلتا) والنوع Y، والعديد من التفاصيل الأخرى. مع ذلك، نأمل أن تجدوا هذه المعلومات مفيدة في توسيع نطاق معرفتكم بالمحركات. 

تتخصص شركة دونغقوان فارادي موتورز المحدودة في مجال الأتمتة الصناعية العالمية، مع التركيز على البحث والتطوير للمحركات DC بدون فرشاة عالية الأداء وعالية الجودة، ومحركات سيرفو DC، ومحركات السائر، ووحدات التحكم في القيادة ذات الصلة، مما يجعلها مؤسسة محلية رائدة في مجال التكنولوجيا الفائقة في حلول تكنولوجيا التحكم في الحركة.