Защо микро-двигателите с постоянно ток намаляват общата маса на преносимите устройства за охлаждане на шкафове

Защо микро-двигателите с постоянно ток намаляват общата маса на преносимите устройства за охлаждане на шкафове

При избора на вентилатор за охлаждане за преносимо корпусно решение или компактен електрически шкаф теглото рядко е първият параметър, който инженерите проверяват. Подаваната въздушна маса, статичното налягане и нивото на шум — тези параметри обикновено доминират в началото на дискусията. Но с това как преносимото оборудване за охлаждане на шкафове става все по-малко и по-леко в поредицата от нови дизайн-поколения, моторът във всеки вентилатор се превръща в един от най-важните фактори за общото тегло на сборката. Работейки с приложения за термично управление в промишлени среди, аз разбрах колко силно изборът на микро ДС мотори формира крайното тегло на цялото устройство — не само на нивото на мотора, но и в цялата механична и електрическа сборка.

Какво прави микро постояннотоковите мотори по принцип по-леки

Отговорът не е просто, че моторите са физически по-малки — а това, че те се изграждат без определени компоненти. Обикновеният постояннотоков мотор разчита на ламиниран желязен сърдечник в ротора, за да се създаде магнитната верига. Този желязен сърдечник добавя маса, добавя инерция при въртене и определя долна граница за размерите на мотора. Безсърдечният или безжелязният микро дк мотор напълно премахва този компонент, като заменя желязения сърдечник с лека намотка от койл, залепена с епоксидна смола. Резултатът е роторна сглобка, чиято маса може да е само част от масата на съответния обикновен модел. В най-малките безсърдечни формати микромоторът с постояннотоков режим може да тежи под един грам, но все пак да осигурява необходимата ъглова скорост за задвижване на перката на охладителен вентилатор при полезни скорости на въздушния поток.

Тази логика се отнася и за безщетковите конфигурации. A малък dc мотор създаден въз основа на принципите на постояннотокови двигатели без четки (BLDC), този двигател премахва сглобката от четки и механичния комутатор, които и двете добавят маса и изискват допълнително пространство в корпуса. Премахването на тези компоненти позволява намаляване на размерите на корпуса на двигателя. По-малкият корпус на двигателя води директно до по-лек корпус на вентилатора — а по-лекият корпус на вентилатора означава по-малко конструкционен материал, по-малко фиксиращи елементи и намалена обща тегловна маса на сборката.

Размерни намаления, които се предават през цялата сборка

Микро постояннотокови мотори, използвани във вентилаторни приложения, обикновено имат диаметър в диапазона от приблизително 6 мм до 50 мм. При безсърдечни конструкции работният диаметър може да започне под 10 мм. Публикуваните данни за технологията на безсърдечните мотори показват, че елиминирането на желязното сърце позволява размерите на моторната хаб да бъдат приблизително с 50 % по-малки, а вентилаторните сглобки — приблизително с 41 % по-тънки в сравнение с конвенционалните моторни еквиваленти с подобна производителност — поне в компактни охладителни приложения, където изискването за въздушен поток съответства на формата на мотора. Тези намаления не са абстрактни. При преносим вентилатор за охлаждане на шкаф 40 % намаление на дебелината на вентилаторната сглобка директно намалява дълбочината на уреда, което води до намаляване на обема на корпуса, намаляване на количеството материали за корпуса и намаляване на общата тегло на продукта.

Много покупатели асоциират по-висока мощност на мотора с по-ефективно охлаждане. За микро ДС мотори в приложения с преносими кабинети това предположение не е вярно — поне не в сценарии, при които диапазонът на скоростта на вентилатора съответства на действителната топлинна натовареност. Микро безщетков двигател за постояннотоков вентилатор с напрежение 3,3 V или 5 V може да осигури достатъчен въздушен поток за компактни електронни корпуси, като при това консумира само част от тока, необходим за по-голям вентилатор с двигател на променлив ток. По-ниското електрическо натоварване означава по-тънки електрически кабели, по-малки съединители и при преносими устройства с батерийно захранване — по-малка или по-лека спецификация на източника на енергия.

Системната логика за тегло

Предимството по тегло на микро ДС мотори е най-убедително, когато се вземе предвид цялата система за охлаждане, а не само двигателя поотделно. Ефектът се проявява последователно:

• По-лек ротор на двигателя намалява ротационната инерция, което позволява по-леки изисквания към противотежестите в сборката на лопатките на вентилатора.
• По-малък корпус на двигателя позволява по-малка рамка на вентилатора, намалявайки количеството листов метал или полимерен материал, необходим за съдържане и защита на устройството.
• По-ниско електрическо натоварване намалява изискванията за номинален ток върху входните енергийни компоненти, което позволява по-лека печатна платка (PCB) и съединителна сглобка.
• Без четки в BLDC варианти елиминира износващи се механични компоненти и намалява масата на структурното усилване, необходима около монтажната точка на двигателя.

Това, което съм наблюдавал в проекти на охладителни вентилатори за преносими шкафове, при преминаване от стандартни AC вентилаторни двигатели към интегрирани BLDC микровентилаторни DC единици, е последователно: измеримо намаляване на общата маса на цялата единица — преди каквито и да било промени в геометрията на вентилаторните перки или материалите на корпуса. Изборът на технология за двигателя оказва влияние върху механичния дизайн по начини, които не са незабавно очевидни само от техническите данни на компонента.

Практически съображения при специфициране на микродвигатели с постояннотокови характеристики за охладителни вентилатори за преносими шкафове

Има разумни аргументи в полза на конвенционалните мотори за охлаждане на стационарни шкафове с фиксирана инсталация: електрическият интерфейс е прост, налична е променлива токова мощност и първоначалната простота има реална стойност. Това казано, веднага щом преносимостта стане проектно ограничение — или когато плътността на оборудването нараства и корпусите намаляват по размер — аргументът, свързан с теглото, за микро ДС мотори става труден за пренебрегване.

Микро постояннотокови мотори в различни формати, обхващащи напрежения от приблизително 3,3 V до 48 V DC и диаметри от под 10 mm до 50 mm, осигуряват широка приложимост за проектиране на преносими вентилатори за охлаждане на шкафове. Преди окончателното определяне на параметрите е необходимо да се проверят следните ключови характеристики: съвместимост на работното напрежение с целевата електрозахранваща архитектура, номинална производителност по въздушен поток при очакваното статично налягане в системата, допустимият диапазон на температура на околна среда за работа на мотора и дали габаритните размери на мотора се побират в геометрията на корпуса на вентилатора. Производителността по въздушен поток, измерена при свободно течение (без съпротивление), не отразява реалната производителност при инсталиране в шкаф с канали или ограничени входове — затова потвърждаването на производителността при реалистични условия на хидравлично съпротивление на системата е стойностна допълнителна стъпка.

Намаляване на теглото като фактор, който улеснява проектирането

По-дълбокото значение е, че микро ДС мотори не просто намаляват теглото като крайна цел — те позволяват категория от преносими вентилатори за охлаждане на шкафове, чийто дизайн би бил непрактичен с конвенционални моторни технологии. Вентилатори, достатъчно компактни за преносими индустриални тестови устройства, достатъчно леки за шкафове, които се използват на терена, и достатъчно тихи за преносими устройства, разположени близо до оператора, са всички последствия от намаляването на теглото и размерите на моторите, което осигуряват безсърдечните и безщетковите постояннотокови технологии.

За търговски компании и дистрибутори, които набавят вентилатори за охлаждане на шкафове за преносими и компактни приложения, разбирането на моторната технологична платформа зад всеки продукт има по-голямо значение, отколкото предполагат основните технически характеристики. Цифрата за тегло в техническата документация е отражение на решения, взети на етапа на избора на мотора — а тези решения имат последствия през целия период на експлоатация на продукта. Когато теглото е ограничение в дизайна, малък dc мотор технологичната платформа е мястото, откъдето обикновено започва решението.