Fırçasız Motor Nedir? Nasıl Çalışır?

Fırçasız motor robotik kodlamada sık karşımıza çıkan bir bileşen. Bildiğimiz motorların birçoğu ise fırçalı motorlar olduğundan dolayı fırçasız motorun ne olduğu tam olarak bilinmiyor. Fırçasız Motor Nedir? Nasıl Çalışır? Başlıklı yazımızda fırçasız motorla alakalı tüm detaylara yer verdik.

Fırçasız Motor Nedir?

Fırçasız motor nedir? Normal DC motorlar aslına baktığımızda oldukça geniş bir kullanım alanine sahiptir. Günümüzde kullandığımız birçok ürünün içinde küçüğünden büyüğüne DC motorlar bulunmaktadır.  Ancak bu motorların uzun çalışma süreleri sonucunda bakıma ihtiyaçları vardır ve devir sayılarından azalmalar meydana gelebilir. Dolayısıyla sabit devir altında çalışan sistemlerdebu büyük bir sorundur. CD sürücülerini buna örnek olarak verebiliriz.

Fırçasız DC motor sistemleri ise motorun statoru, yani dışardaki hareketli parça ve içerideki hareketsiz parça olan rotor birbirleriyle temas halinde olmadıklarından dolayı çok daha uzun süre ve bakım gerektirmeden çalışabilirler. Fırçasız DC motor içindeki rotorda(endüvi) sabit doğal mıknatıs bulunurken stator(endüktör) kısmındaysa bobin sargıları bulunmaktadır.

Fırçasız DC motor yüksek torklar üretip aynı zamanda güçlü motorlar oldukları için kullanım alanlarından bazıları şunlardır:

  • Model hava araçları
  • Robotik Projeleri
  • Fotokopi Makineleri
  • Tıbbi Görüntüleme Cihazları

Fırçasız Motor Nasıl Çalışır?

Fırçasız motor nasıl çalışır konusuna gelecek olursak; Rotor tarafından sağlanan manyetik alan ile stator tarafından sağlanan manyetik alan aynı frekansta dönerler.  Statorda faz denen bir şey vardır. Aslında her faz statorun üzerindeki bobbin sargısını ifade eder. Örneğin 3 fazlı bir Fırçasız motor statoru üç tane bobin sargısından oluşmaktadır. Faz sayısı arttıkça motorun hızı ve gücü artacaktır. Ayrıca bunla doğru orantılı olarak da motorun çektiği güç değeri de artacaktır.

Fırçasız DC motorların düzgün çalışabilmesi için harici güç elektroniğine ve hall-etkisi sensörlerine ihtiyacı vardır. Hall-etkisi sensörleri sayesinde stator konumu belirlenip fazlar üstüne hangi sırayla güç verileceğine karar verirlir. Fırçasız DC motorun dönüş devrini ayarlamak için dört tane sürücü transistor gerekmektedir. Hız aralığı oldukça yüksektir. Gerekli güç hesaplamaları yapıldığında bu devir 50.000 devir/dakikayı geçer. Çalışma devri, gücü, torku motorun büyüklüğüne, faz sayısına, bobin sargılardaki bakır tellerin kalınlığına göre değişecektir.

Ayrıca rotoru oluşturan doğal mıknatısın oluşturduğu manyetik akı yoğunluğunun gücü de bütün bu tork,güç,devir/dakika gibi değerleri etkiler. Ek olarak, bu rotordaki doğal mıknatıslar Doğru akımla çalışan Fırçasız motor, genellikle 24 Volt gerilimle çalışır.  Alternatif akımla çalışmadığı için motor devresinde şebekeden kaynaklı herhangi bir frekans kaybı yaşanmaz. Aynı zamanda fırçasız motorların verimliliği o kadar yüksektir ki bu verimlilik yüzdesi %80’lere kadar çıkabilir.

Fırçasız Motor Avantajları ve Dezavantajları

Fırçasız motorlar her proje için kullanıma uygun değildir. Fırçasız motor kullanmanın çeşitli avantajları ve dezavantajları vardır. Fırçasız motor yalnızca avantaj sağladığı durumlarda kullanılmalıdır, aksi taktirde yarardan çok zarar verecektir.

Fırçasız Motorların Avantajları:

  • Yüksek tork
  • Yüksek verim
  • Sessiz çalışabilme
  • Uzun kullanım ömrü
  • DC motorlardaki gibi fırça ve kolektörün olmamasından dolayı daha az bakım ve tehlikeli alanlarda kullanılabilme özelliği
  • Yüksek moment-hacim oranı (daha az bakırla daha verimli motor)
  • Doğrusal moment-hız ilişkisi

Fırçasız Motorların Dezavantajları:

  • Harici güç kontrol devreleri gerektirir
  • Hall-Effect sensörlerine ihtiyaç vardır
  • Donanımsal algılama istenmiyorsa bir takım algoritmaların kullanımını gerektirir.
  • Sensör ve harici ünitelere bağımlı olması fırçasız motoru pahalı bir sistem haline getirir.

Fırçasız motorlar pahalı olmasına rağmen normal bir DC motordan daha uzun süreli bir ömre sahip olduğundan dolayı DC motor ve fırçasız motor arasında kalındığında fırçasız motorun fiyat etiketi bazen es geçilebilir.

Fırçasız Motor Çeşitleri

Fırçasız motor çeşitleri temel olarak iki gruba ayrılmaktadır.

Inrunner Fırçasız Motor:

Aslında bu motor tipi yazının başından beri anlattığımız fırçasız motor tipinden farklı olarak rotor kısmı sabit değildir. Motorun stator kısmı sabitken hareketi rotor kısmı sağlamaktadır. Bu motor tipinin hızı diğer bir fırçasız motor çeşidi olan outrunnerlara göre daha fazladır. Dönen parçanın içerde olması bu fırçasız motor tipinin sıradan bir fırçalı DC motor gibi görünmesine neden olur.

Ayrıca bu motor tipinin dönen parçasının ortada olması nedeniyle volt başına ürettiği tork daha azdır.

Outrunner Fırçasız Motor:

Bu fırçasız motor tipi aslında yazının başından beri anlattığımız motor tipiyle uyumluluk gösteriyor diyebiliriz. Outrunner fırçasız motorlarda Inrunner fırçasız motorlardan farklı olarak mekanik bir düzenleme vardır. Motorun hareketli parçası stator kısımdır. Rotor ise ortada sabit bir biçimde durur. Buraya aynı zamanda çekirdek de denir.

Daha çabuk ısınan bir Fırçasız motor tipidir. Aynı zamanda bu motor tipinin hızı düşük torkuysa yüksektir. Bu özellik outrunnerların daha çok havacılık projelerinde kullanılmasına neden olmaktadır.

Örneğin;

  • Model RC uçak
  • Helikopter
  • Quadcopter

Bu motor tipi ESC (electronic speed controller) adı verilen hız kontrol elemanlar tarafından kontrol edilir. Motorun ve ESC’nin üçlü girişleri ve çıkışları birbirlerine bağlanarak anlık bir şekilde motorun devri kontrol edilir. Ayrıca outrunner fırçasız motor tipi sensörlü ve sensörsüz olmak üzere ikiye ayrılır. Sensörlü olması durumunda kullanılan sensor Hall-Effect sensörüdür. Sensörlü motorlar statorun içindeki bobinlerin bulunduğu konumları çok hassas bir şekilde algılar. Motorla uyumlu, doğru seçilen bir ESC ile hiçbir güç kaybı gerçekleşmeyecektir.

Fırçasız Motor Nedir? Nasıl Çalışır?
Fırçasız motor ile ESC bağlantısı

Leave a Reply