Kodėl mikro nuolatinės srovės varikliai sumažina nešiojamų šaukštų aušinimo ventiliatorių įrenginių bendrą svorį

Kodėl mikro nuolatinės srovės varikliai sumažina nešiojamų šaukštų aušinimo ventiliatorių įrenginių bendrą svorį

Nustatant aušinimo ventiliatorių nešiojamajai dėžutei arba kompaktiškai elektros spintai, svoris retai būna pirmasis parametras, kurį inžinieriai įvertina. Oro srautas, statinis slėgis, triukšmo lygis – šie veiksniai dažniausiai dominuoja ankstyvajame aptarime. Tačiau kai nešiojamieji spintos aušinimo įrenginiai per kelias projektavimo kartas tapo mažesni ir lengvesni, kiekvieno ventiliatoriaus vieneto viduje esantis variklis tapo vienu iš svarbiausių visos surinkties svorio nustatančių veiksnių. Dirbdamas su šilumos valdymo taikymais pramonėje, supratau, kiek variklio pasirinkimas mikro nuolatinės srovės varikliai įtakoja viso įrenginio svorį – ne tik paties variklio lygyje, bet ir viso mechaninio bei elektrinio surinkimo lygyje.

Kodėl mikro nuolatinės srovės varikliai yra natūraliai lengvesni

Atsakymas nėra paprastas – varikliai yra ne tik mažesni fiziškai, bet ir tai, ko jie neturi. Įprastas nuolatinės srovės variklis remiasi laminuotu geležiniu šerdies elementu rotoriuje, kad būtų sukurtas magnetinis kontūras. Ši geležinė šerdis prideda masės, padidina sukimosi inerciją ir nustato žemiausią galimą variklio matmenų ribą. Bešerdis arba begeležinis mikro nuolatinės srovės variklis visiškai pašalina šį komponentą, pakeisdama geležinę šerdį lengvu epoksidu sujungtu ritinio vyniojimu. Rezultatas – rotorius, kurio masė gali būti tik nedidelė dalis įprasto variklio rotoriaus masės. Mažiausiuose bešerdžiuose formatauose mikro nuolatinės srovės variklis gali sverti mažiau nei gramą, tačiau vis tiek užtikrinti reikiamą sukimosi greitį, kad veiktų aušinimo ventiliatoriaus mentės naudingomis oro srauto normomis.

Šis principas taip pat taikomas bevalčiams konfiguracijoms. Mažasis nuolatinės srovės variklis mažasis nuolatinės srovės variklis pagrįstas BLDC (bešepėlio nuolatinės srovės) principais, pašalina šepėlių komplektą ir mechaninį komutatorių, kurie abu prideda masės ir reikalauja korpuso laisvumo. Šių komponentų pašalinimas leidžia sumažinti variklio korpusą. Mažesnis variklio korpusas tiesiogiai lemia lengvesnį ventiliatoriaus korpusą – o lengvesnis ventiliatoriaus korpusas reiškia mažiau konstrukcinės medžiagos, mažiau tvirtinimo detalių ir sumažintą visos surinkties bendrąją masę.

Matmenų sumažinimai, kurie perduodami visai surinkčiai

Mikro nuolatinės srovės varikliai, naudojami ventiliatorių taikymuose, paprastai turi skersmens diapazoną nuo maždaug 6 mm iki 50 mm. Bešerdžiuose dizainuose veikiamasis skersmuo gali prasidėti mažiau nei 10 mm. Paskelbti duomenys apie bešerdžių variklių technologiją rodo, kad pašalinus geležinę šerdį, variklio centrinių dalių dydis gali būti maždaug 50 % mažesnis, o ventiliatorių surinkimai – maždaug 41 % plonesni palyginti su įprastais varikliais, kurie priklauso panašioms našumo klasėms – bent jau kompaktiškuose aušinimo taikymuose, kai oro srauto reikalavimai atitinka variklio formatą. Šios redukcijos nėra abstrakčios. Pernešamajame spintos aušinimo ventiliatoriuje 40 % ventiliatoriaus surinkimo storio sumažėjimas tiesiogiai sumažina vieneto gylį, kas sumažina korpuso tūrį, o tai savo ruožtu sumažina korpuso medžiagos sunaudojimą ir viso produkto masę.

Daugelis pirkėjų lygina didesnį variklio vatinį naudingumą su veiksmingesniu aušinimu. Dėl mikro nuolatinės srovės varikliai nešiojamųjų korpusų taikymuose ši prielaida negalioja — bent jau ne situacijose, kai ventiliatoriaus sukimosi dažnio diapazonas pritaikytas tikrai šiluminei apkrovai. 3,3 V arba 5 V mikro bešepetinio nuolatinės srovės ventiliatoriaus variklis gali užtikrinti pakankamą oro srautą kompaktiškoms elektronikos dėžutėms, tuo pačiu suvartodamas tik nedidelę dalį elektros srovės, kurios reikia didesniam kintamosios srovės varikliu paremtam ventiliatoriui. Mažesnis elektros energijos suvartojimas reiškia lengvesnius laidus, mažesnius jungiklius ir, nešiojamose įrenginiuose, kurie veikia nuo baterijų, — mažesnio ar lengvesnio maitinimo šaltinio specifikaciją.

Sisteminio lygio svorio logika

Svorio pranašumas mikro nuolatinės srovės varikliai yra labiausiai įtikinamas, kai įvertinama visa aušinimo sistema, o ne vien tik variklis. Šis poveikis pasireiškia seka:

• Lengvesnis variklio rotorius sumažina sukimosi inerciją, leisdamas naudoti lengvesnius priešsvorius ventiliatoriaus mentų surinkime.
• Mažesnis variklio korpusas leidžia naudoti mažesnį ventiliatoriaus rėmą, todėl sumažėja lakštų metalo ar polimerinės medžiagos kiekis, reikalingas vienetui apsaugoti ir apjuosti.
• Mažesnis elektros energijos suvartojimas sumažina įėjimo maitinimo komponentų dabartinio vertinimo reikalavimus, leisdama naudoti lengvesnę spausdintinę plokštę ir jungiklių surinkimą.
• Be šepetėlių komplekto bLDC variantuose pašalina dėvėjimuisi linkusius mechaninius komponentus ir sumažina reikiamą konstrukcinio sustiprinimo masę aplink variklio tvirtinimą.

Tai, ką pastebėjau nešiojamųjų šaldymo ventiliatorių konstrukcijose, kuriose standartiniai kintamosios srovės ventiliatoriaus varikliai keičiami integruotais BLDC mikro nuolatinės srovės ventiliatoriais, yra nuoseklu: matoma svorio sumažėjimas visame įrenginyje – net prieš keičiant ventiliatoriaus mentelių geometriją ar korpuso medžiagas. Variklio technologijos pasirinkimas veikia mechaninę konstrukciją būdais, kurie iš vieno komponento duomenų lapo nėra akivaizdūs.

Praktiniai apsvarstymai, nustatant mikro nuolatinės srovės variklius nešiojamiesiems šaldymo ventiliatoriams

Yra pakankamai pagrįsta priežastis naudoti įprastus variklius nejudančiai, fiksuotai montuojamai spintos aušinimui: elektros sąsaja paprasta, yra prieinama kintamosios srovės maitinimo įtampa, o pradinė paprastybė turi tikrąją vertę. Tačiau, kai tik perkeltinumas tampa projektavimo apribojimu – arba kai įrangos tankis didėja ir korpusai mažėja – svorio argumentas naudoti mikro nuolatinės srovės varikliai tampa sunkus ignoruoti.

Mikro nuolatinės srovės variklių formatai, apimantys įtampų diapazonus nuo maždaug 3,3 V iki 48 V nuolatinės srovės ir skersmenis nuo mažiau nei 10 mm iki 50 mm, užtikrina plačią aprėptį nešiojamų spintelių aušinimo ventiliatorių projektavimo scenarijams. Prieš nustatant technines specifikacijas, būtina patikrinti šiuos pagrindinius parametrus: veikimo įtampos suderinamumą su tiksline maitinimo architektūra, nominalų oro srautą esant numatomam sistemos statiniam slėgiui, leistiną aplinkos temperatūros diapazoną variklio veikimui ir tai, ar variklio matmenų kontūras telpa į ventiliatoriaus korpuso geometriją. Oro srautas, nurodytas laisvojo oro sąlygomis, neatitiks faktinio našumo duct’uotoje ar riboto įleidimo spintelės įrenginyje – todėl verta papildomai patikrinti našumą realiomis sistemos pasipriešinimo sąlygomis.

Svorio sumažinimas kaip projektavimo galimybė

Gilesnė reikšmė yra ta, kad mikro nuolatinės srovės varikliai ne tik tiesiog sumažina svorį kaip galutinį rezultatą — jos leidžia sukurti nešiojamų šaldymo ventiliatorių konstrukcijų klasę, kuri būtų netikslinga naudojant įprastą variklių technologiją. Ventiliatoriai, pakankamai kompaktiški nešiojamoms pramoninėms bandymų sistemoms, pakankamai lengvi lauko naudojimui skirtiems korpusams ir pakankamai tylesni operatoriui šalia esantiems nešiojamiems įrenginiams, yra visi šalutiniai rezultatai, kuriuos suteikia bešerdžių ir beperžengiamų nuolatinės srovės variklių technologija, sumažindama variklių svorį ir dydį.

Prekių tiekimo įmonėms ir platintojams, kurie pirkia šaldymo ventiliatorius nešiojamoms ir kompaktiškoms programoms, svarbiau suprasti kiekvieno produkto variklių technologijos platformą nei rodo pagrindiniai techniniai duomenys. Techniniame dokumente nurodytas svoris yra šalutinis atspindys sprendimų, priimtų variklio pasirinkimo etape, — o šie sprendimai turi įtakos visam įrenginio eksploatavimo laikotarpiui. Kai svoris yra projektavimo apribojimas, mažasis nuolatinės srovės variklis technologijos platforma yra tai, nuo ko dažniausiai prasideda sprendimas.