Zakaj mikro enosmerni motorji zmanjšajo skupno težo prenosljivih naprav za hlajenje ohišij

Zakaj mikro enosmerni motorji zmanjšajo skupno težo prenosljivih naprav za hlajenje ohišij

Pri določanju ventilatorja za hlajenje prenosljive ohišja ali kompaktnih električnih omaric teža redko predstavlja prvi parameter, ki ga inženirji upoštevajo. Pretok zraka, statični tlak, raven hrupa – ti parametri običajno prevladujejo v zgodnjih razpravah. Vendar pa je, ko se oprema za hlajenje prenosljivih omaric skozi zaporedne generacije načrtovanja postajala vedno manjša in lažja, motor v vsakem ventilatorskem enoti postal eden najpomembnejših dejavnikov za skupno težo sestave. Pri delu z aplikacijami za toplotno upravljanje v industrijskih okoljih sem spoznal, koliko izbira mikro DC motorji vpliva na končno težo celotnega naprave – ne le na ravni samega motorja, temveč tudi na ravni mehanske in električne sestave.

Zakaj so mikro enosmerni motorji naravno lažji

Odgovor ni preprosto v tem, da so motorji fizično manjši – gre za to, kar v njih ni. Konvencionalni enosmerni motor uporablja laminirano železno jedro v rotorju za ustvarjanje magnetnega kroga. To železno jedro poveča maso, poveča vrtilno vztrajnost in določa spodnjo mejo dimenzij motorja. Brezjedrni ali brezželezni mikro DC motor popolnoma odstrani ta sestavni del in železno jedro nadomesti z lahkim navitjem tuljave, vezanim s epoksidno smolo. Rezultat je sestava rotatorja, ki tehta le del konvencionalnega ustreznika. V najmanjših brezjedrnih izvedbah lahko mikro enosmerni motor tehta manj kot gram, hkrati pa še vedno zagotavlja vrtilno hitrost, potrebno za pogon lopatic hladilnega ventilatorja pri uporabnih pretokih zraka.

Ta logika velja tudi za brezkrtačne konfiguracije. A majhen dc motor zgrajen na načelih brezkrtačnega enosmernega toka (BLDC) odstrani krtačno sestavo in mehanski komutator, ki oba povečujeta maso in zahtevata prostor v ohišju. Odstranitev teh komponent omogoča zmanjšanje velikosti motorja. Manjše ohišje motorja neposredno pomeni lažje ohišje ventilatorja – kar pomeni manj konstrukcijskega materiala, manj pripenjalnih elementov in zmanjšano skupno težo sestavka.

Dimenzionalna zmanjšanja, ki se širijo skozi sestavek

Mikro enosmerni motorji, ki se uporabljajo v ventilatorskih aplikacijah, običajno segajo v premeru približno od 6 mm do 50 mm. Pri brezjedrnih konstrukcijah lahko delovni premer začne biti pod 10 mm. Objavljene podatke o tehnologiji brezjedrnih motorjev kažejo, da odstranitev železne jedra omogoča približno 50 % manjše premer motorja in približno 41 % tanjše ventilatorske sestave v primerjavi z običajnimi motorji z enako zmogljivostjo – vsaj v kompaktnih hladilnih aplikacijah, kjer je zahtevana pretok zraka prilagojen obliki motorja. Ti zmanjšani dimenzije niso abstraktni. V prenosnem hladilnem ventilatorju za omarice zmanjšanje debeline ventilatorske sestave za 40 % neposredno zmanjša globino celotne enote, kar zmanjša prostornino ohišja, kar zmanjša količino materiala za ohišje in skupno težo izdelka.

Številni kupci povezujejo višjo moč motorja v watih z učinkovitejšim hlajenjem. Za mikro DC motorji pri prenosnih aplikacijah v ohišjih ta predpostavka ne velja — vsaj ne v primerih, ko je obseg hitrosti ventilatorja prilagojen dejanskemu toplotnemu bremenu. Mikro enosmerni brezkrtačni ventilatorski motor z napetostjo 3,3 V ali 5 V lahko zagotovi ustrezno pretok zraka za kompaktna elektronska ohišja, hkrati pa porabi le del tokovne moči, ki jo zahteva večji ventilator na osnovi izmeničnega motorja. Nižji zahtevani električni tok pomeni tanjše kable, manjše priključke in pri prenosnih napravah na baterijski pogon tudi manjšo ali lažjo specifikacijo energenta.

Sistemski težinski logični model

Je najbolj prepričljiv mikro DC motorji ko upoštevamo celoten sistem za hlajenje, ne le motor sam. Učinki se pojavljajo zaporedno:

• Lažji rotor motorja zmanjša vrtilno vztrajnost, kar omogoča lažje nasprotne uteži v sestavu lopatic ventilatorja.
• Manjša ohišja motorja omogočajo manjši okvir ventilatorja, kar zmanjša količino materiala (pločevine ali polimera), potrebnega za ohišje, ki vsebuje in ščiti napravo.
• Nižji električni tok zmanjšuje zahteve glede nazivnega toka na vhodnih močnostnih komponentah, kar omogoča lažjo tiskano vezje (PCB) in priključno sestavo.
• Brez krtačne sklope pri različicah BLDC odpravi obrabi podvržene mehanske komponente in zmanjša maso strukturnega okrepitvenega materiala, ki je potreben okoli namestitve motorja.

V načrtih hladilnih ventilatorjev za prenosne omarice, kjer se preklopi s standardnih AC ventilatorskih motorjev na integrirane mikro DC ventilatorske enote BLDC, sem opazil dosledno ujemanje: merljivo zmanjšanje mase celotne enote — še pred kakršnim koli spremembo geometrije ventilatorskih lopatic ali materialov ohišja. Izbira tehnologije motorja vpliva na mehanski načrt na načine, ki niso takoj očitni iz samih podatkovnih listov komponent.

Praktični vidiki pri določanju mikro DC motorjev za hladilne ventilatorje prenosnih omaric

Za konvencionalne motorje obstaja utemeljen razlog pri hlajenju omar za stalno namestitev: električni vmesnik je preprost, na voljo je izmenična napetost in predhodna preprostost ima dejansko vrednost. Kljub temu, takoj ko postane mobilnost omejitev pri oblikovanju – ali pa ko se gostota opreme poveča in ohišja zmanjšajo – se težavno zanemariti argument glede teže za mikro DC motorji .

Mikro enosmerni motorji v različnih izvedbah, ki pokrivajo napetostna območja od približno 3,3 V do 48 V enosmerne tokovne napetosti ter premer od manj kot 10 mm do 50 mm, omogočajo širok spekter uporabe pri načrtovanju prenosnih ventilatorjev za hlajenje omar. Pred določitvijo ključni parametri, ki jih je treba preveriti, vključujejo: združljivost delovne napetosti z ciljno arhitekturo napajanja, nazivno zmogljivost pretoka zraka pri pričakovani statični tlakovi sistema, dovoljeno območje okoljske temperature za obratovanje motorja ter ujemajočo se geometrijo motorja z notranjim prostorom ohišja ventilatorja. Pretok zraka, določen pri prostih zračnih razmerah, ne bo odražal dejanske izvedbe v namestitvi z omejenim vhodom ali kanali v omari – zato je dodatno preverjanje izvedbe pod realnimi sistemske odpornostmi smiselno.

Zmanjšanje mase kot omogočalec načrtovanja

Globlji pomen je, da mikro DC motorji ne zmanjšujejo le mase kot končnega rezultata – omogočajo novo kategorijo prenosnih ventilatorjev za hlajenje ohišij, ki bi bila z običajno motorjevo tehnologijo nepрактиčna. Ventilatorji, dovolj kompaktni za prenosno industrijsko preskusno opremo, dovolj lahki za ohišja, ki se uporabljajo v polju, in dovolj tiho delujoči za prenosne naprave, ki se uporabljajo v neposredni bližini operaterja, so vse posledice zmanjšanja mase in velikosti motorjev, ki jo omogočata brezjedrni in brezkrtačni enosmerni tok (DC) motorji.

Za trgovske podjetja in distributerje, ki kupujejo ventilatorje za hlajenje ohišij za prenosne in kompaktne aplikacije, je razumevanje motorjeve tehnološke platforme za vsak izdelek pomembnejše, kot kažejo glavne tehnične specifikacije. Vrednost mase na podatkovnem listu je posledica odločitev, ki so bile sprejete že pri izbiri motorja – in te odločitve imajo posledice skozi celotno življenjsko dobo nameščenega izdelka. Ko je masa omejitev pri načrtovanju, je majhen dc motor tehnološka platforma tista, kjer se rešitev običajno začne.