Prečo mikro jednosmerné motory znižujú celkovú hmotnosť prenositelných chladiacich ventilátorov pre skrinky

Prečo mikro jednosmerné motory znižujú celkovú hmotnosť prenositelných chladiacich ventilátorov pre skrinky

Pri výbere chladiaceho ventilátora pre prenosnú skriňu alebo kompaktnú elektrickú skriňu sa hmotnosť zvyčajne nepovažuje za prvý parameter, ktorý inžinieri zvažujú. Pri prvej fáze rozhodovania sa väčšinou uprednostňujú prietok vzduchu, statický tlak a úroveň hluku. Avšak keď sa v priebehu postupných generácií návrhov prenosné chladiace zariadenia pre skrine stávajú menšie a ľahšie, motor v každom ventilátore sa stáva jednou z najdôležitejších premenných pre celkovú hmotnosť zostavy. Pri práci s aplikáciami tepelnej správy v priemyselných prostrediach som si uvedomil, aký veľký vplyv má výber micro DC Motory na celkovú hmotnosť celého zariadenia – nie len na úrovni motora, ale aj v rámci celej mechanickej a elektrickej zostavy.

Prečo sú mikro jednosmerné motory zásadne ľahšie

Odpoveď nie je len v tom, že motory sú fyzicky menšie – ide o to, čo chýba ich konštrukcii. Konvenčný jednosmerný motor využíva laminované jadro z železa v rotore na vytvorenie magnetického obvodu. Toto železné jadro pridáva hmotnosť, zvyšuje rotačnú zotrvačnosť a určuje dolnú hranicu rozmerov motora. Bezjadrový alebo bezželezný mikro DC motor úplne tento komponent odstraňuje a namiesto železného jadra používa ľahké vinutie cievky spojené epoxidovou živicou. Výsledkom je rotorkové zariadenie, ktoré môže mať hmotnosť iba zlomok hmotnosti svojho konvenčného ekvivalentu. V najmenších bezjadrových formátoch môže mikro jednosmerný motor vážiť menej ako gram a zároveň stále dosahovať rotačnú rýchlosť potrebnú na pohánanie lopatiek chladiaceho ventilátora pri užitočných rýchlostiach prietoku vzduchu.

Táto logika sa rozširuje aj na bezkeďové konfigurácie. A malý dc motor založený na princípoch BLDC (bezkeďový striedavý prúd) odstraňuje keďové zariadenie a mechanický komutátor, ktoré obe pridávajú hmotnosť a vyžadujú voľný priestor v ochrannom puzdre. Odstránením týchto komponentov sa zmenší veľkosť puzdra motora. Menšie puzdro motora sa priamo prejaví v ľahšom puzdre ventilátora – a ľahšie puzdro ventilátora znamená menej konštrukčného materiálu, menej spojovacích prvkov a celkovo nižšiu hmotnosť zostavy.

Rozmerné zníženia, ktoré sa šíria cez celú zostavu

Mikrojednosmerné motory používané v ventilátorových aplikáciách zvyčajne pokrývajú rozsah priemerov približne od 6 mm do 50 mm. V bezjadrových konštrukciách môže prevádzkový priemer začínať pod 10 mm. Publikované údaje o technológii bezjadrových motorov ukázali, že odstránenie železného jadra umožňuje zmenšiť veľkosť motorového hriadeľa približne o 50 % a hrúbku montážnych jednotiek ventilátorov približne o 41 % v porovnaní s konvenčnými motormi rovnocenného výkonu – aspoň v kompaktných chladiacich aplikáciách, kde požiadavka na prietok vzduchu zodpovedá formátu motora. Tieto zníženia nie sú abstraktné. V prenosnom chladiacom ventilátore znižuje 40 % zníženie hrúbky montážnej jednotky ventilátora priamo hĺbkový rozmer celého zariadenia, čo znižuje objem krytu, čo znižuje množstvo materiálu pre kryt a celkovú hmotnosť výrobku.

Mnoho kupujúcich spája vyšší výkon motora vo wattoch s efektívnejším chladením. Pre micro DC Motory v prenosných aplikáciách s kabinetmi tento predpoklad neplatí – aspoň nie v prípadoch, keď rozsah otáčok ventilátora zodpovedá skutočnej tepelnej zaťaženosti. Mikroventilátorový bezkartáčový jednosmerný motor napájaný 3,3 V alebo 5 V dokáže poskytnúť dostatočný prietok vzduchu pre kompaktné elektronické puzdrá a zároveň odoberá iba zlomok prúdu, ktorý vyžaduje väčší ventilátor s motorom striedavého prúdu. Nižšia elektrická spotreba znamená tenšie vedenia, menšie konektory a v prípade batériou napájaných prenosných zariadení aj menšiu alebo ľahšiu špecifikáciu zdroja energie.

Logika hmotnosti na úrovni systému

Hmotnostná výhoda micro DC Motory je najvýraznejšia, ak sa zohľadní celý chladiaci systém a nie len samotný motor. Tento efekt sa prejavuje postupne:

• Ľahší rotor motora zníži rotačnú zotrvačnosť, čo umožňuje použiť ľahšie protizávažia v zostave lopatiek ventilátora.
• Menší kôrpus motora umožňuje menší rám ventilátora, čím sa zníži množstvo plechu alebo polymérneho materiálu potrebného na obalenie a ochranu zariadenia.
• Nižšia spotreba energie zníži požiadavky na prúdové zaťaženie vstupných výkonových komponentov, čím umožní použitie ľahšej dosky plošných spojov (PCB) a spojovacej súpravy.
• Žiadna kefková súprava v BLDC variantoch odstraňuje mechanické komponenty náchylné na opotrebovanie a znižuje hmotnosť štrukturálneho posilnenia potrebného okolo upevnenia motora.

V návrhoch chladiacich ventilátorov pre prenosné skriňky, kde sa prechádza zo štandardných striedavých (AC) ventilátorových motorov na integrované mikro jednosmerné (DC) BLDC ventilátorové jednotky, som pozoroval konzistentný jav: merateľné zníženie celkovej hmotnosti jednotky – ešte pred akoukoľvek zmenou geometrie lopatiek ventilátora alebo materiálov použitých v kryte. Voľba technológie motora ovplyvňuje mechanický návrh spôsobmi, ktoré nie je možné bezprostredne odhadnúť len z údajového listu komponentu.

Praktické aspekty pri špecifikácii mikro jednosmerných (DC) motorov pre chladiace ventilátory prenosných skríňok

Pre konvenčné motory existuje rozumný dôvod pri chladení skriňových systémov v stacionárnych, pevne inštalovaných zariadeniach: elektrické rozhranie je jednoduché, je k dispozícii striedavý prúd a počiatočná jednoduchosť má skutočnú hodnotu. To povedané, ak sa prenosnosť stane návrhovým obmedzením – alebo ak sa zvyšuje hustota vybavenia a zmenšujú sa obaly – argument týkajúci sa hmotnosti micro DC Motory sa stáva ťažko ignorovateľný.

Formáty mikrojednosmerných motorov s napäťovými rozsahmi približne od 3,3 V do 48 V DC a priemermi od menej ako 10 mm do 50 mm ponúkajú široké možnosti pre návrh chladiacich ventilátorov pre prenositelné skriňky. Pred určením konkrétneho motora je potrebné overiť nasledujúce kľúčové parametre: kompatibilitu prevádzkového napätia s cieľovou architektúrou napájania, menovitý výkon prúdenia vzduchu pri očakávanej statickej tlakovej strate systému, povolený rozsah okolitej teploty pre prevádzku motora a to, či rozmery motora vyhovujú geometrii priestoru pre ventilátor vo vnútri skrinky. Výkon prúdenia vzduchu udávaný za podmienok voľného prúdenia („free-air“) nezodpovedá skutočnému výkonu pri inštalácii do uzavretých alebo obmedzených vstupných skriniek — preto je odporúčané dodatočne overiť výkon za reálnych podmienok odporu systému.

Zníženie hmotnosti ako faktor umožňujúci návrh

Hlbší dôsledok je ten, že micro DC Motory neprebieha len jednoduché zníženie hmotnosti ako konečný výsledok – umožňujú kategóriu prenosných chladiacich ventilátorov pre skrinky, ktorá by bola s konvenčnou technológiou motorov nepraktická. Ventilátory dostatočne kompaktné pre prenosné priemyselné skúšobné zariadenia, dostatočne ľahké pre prenosné skrinky určené na použitie v teréne a dostatočne tiché pre prenosné zariadenia umiestnené v blízkosti obsluhy sú všetky dôsledkami zníženia hmotnosti a veľkosti motora, ktoré poskytujú bezjadrové a bezkartáčové DC technológie.

Pre obchodné spoločnosti a distribútorov, ktorí nakupujú chladiace ventilátory pre skrinky do trhov prenosných a kompaktných aplikácií, je pochopenie technologickej platformy motora za každým výrobkom dôležitejšie, než naznačujú hlavné technické špecifikácie. Údaj o hmotnosti v technickom liste je dôsledkom rozhodnutí pri výbere motora – a tieto rozhodnutia majú dopad počas celého životného cyklu nainštalovaného výrobku. Ak je hmotnosť obmedzením pri návrhu, potom malý dc motor technologická platforma je miestom, kde sa riešenie zvyčajne začína.