Мотори једносмерне струје без четкица (БЛДЦ) доминирају у областима система за напајање дронова, погона нових енергетских возила и врхунских{0}}кућних апарата због своје високе ефикасности, дугог века трајања и ниске буке. Међутим, ова технологија није без недостатака; његове дизајнерске карактеристике резултирају значајним недостацима у одређеним сценаријима. Овај чланак систематски анализира основна ограничења мотора без четкица из перспективе техничких принципа и инжењерске праксе, и разматра разлике у адаптацији сценарија између мотора са четкицом и мотора са четкицом.
И. Двострука ограничења структуре трошкова Економски недостатак мотора без четкица потиче од двоструких притисака трошкова материјала и система. Што се тиче тела мотора, примена неодимијум гвожђа и бор реткоземних трајних магнета је главни покретач трошкова. Глобална понуда ових магнетних материјала у великој мери зависи од Кине (која чини 90% глобалне производње), а њихове флуктуације цена директно утичу на трошкове мотора-током скока цена ретких земаља 2021. године, цена мотора без четкица великог произвођача порасла је за 35%. Насупрот томе, брушени мотори користе структуру електромагнетне побуде, потпуно избегавајући зависност од материјала ретких земаља; комбинација бакарних намотаја и графитних четкица смањује трошкове материјала за 40%-60%.
Сложеност погонског система додатно повећава укупне трошкове. Узимајући за пример мотор без четкица од 48В/500В, његов контролер треба да интегрише шест МОСФЕТ транзистора снаге, 32-битни МЦУ, тренутни модул узорковања и комуникациони интерфејс, при чему цена ПЦБ плоче достиже 70% цене мотора. Насупрот томе, брушени мотор исте снаге захтева само једноставну регулацију брзине, а укупни трошак погона може се контролисати унутар 20% цене мотора. Ова разлика у цени је посебно значајна на потрошачком тржишту: код једног бренда електричних алата, верзија без четкица има цену 2,3 пута више од брушене верзије, што директно ограничава њену популарност у почетним производима.
ИИ. Рањивост контролног система Рад мотора без четкица у великој мери зависи од прецизне координације електронског комутационог система, а ова зависност је јасно изложена у сценаријима квара. Механизам електронске комутације захтева од контролера да анализира сигнале Холовог сензора у реалном времену и пребаци трофазну струју са тачношћу од 0,01 милисекунди. Ако сензор доживи грешку положаја од 0,1 степен због температурног одступања или електромагнетних сметњи, мотор ће производити периодичне вибрације, са флуктуацијама брзине до 15% номиналне вредности. Што је још озбиљније, контролер, као једна тачка квара, директно ће проузроковати заустављање мотора ако његови транзистори снаге прегоре или програм поквари, без икаквог механичког редундантног механизма.
Усклађени захтеви додатно ограничавају флексибилност апликације. Тестови произвођача дронова су показали да коришћење контролера са неусклађеним бројем фаза (нпр. 3-фазни мотор са 6-фазним погоном) доводи до пада ефикасности мотора од 28%, праћеног јаким вибрацијама. Што се тиче толеранције напона, мотори без четкица захтевају да флуктуације снаге не буду веће од ±5%, далеко строже од толеранције од ±20% за моторе са четкицом. Овај строги захтев за прилагођавање је посебно изазован у сценаријима одржавања индустријске опреме – замена контролера захтева прецизно усклађивање више од 20 параметара, продужавајући време одржавања за 3-5 пута у поређењу са моторима са четком.
ИИИ. Вишедимензионални изазови прилагођавања околини Прецизна структура чини моторе без четкица рањивим у тешким условима рада. У окружењу велике прашине, испитивања рударске опреме су показала да је након 200 сати рада отпор изолације намотаја статора мотора без четкица пао на 0,5 МΩ (почетна вредност 100 МΩ), док је четкани мотор у истом сценарију задржао 8 МΩ. Контаминација уљем може лако да изазове кварове сензора: У тесту опреме за прераду хране, мотор без четкица доживео је шест промашених корака у року од три недеље због уљног филма који покрива Холов елемент, док је брушени мотор захтевао само периодично чишћење комутатора да би одржао рад.
Толеранција на вибрације и температуру представљају двострука ограничења. У-применама на теренским возилима, непрекидне вибрације су изазвале стопу одвајања трајног магнета од 12% у одређеном бренду мотора без четкица, док је стопа отказа механички комутираног брушеног мотора била мања од 1%. У сценаријима високих{5}}температура, крива демагнетизације неодимијумских гвожђе-бор магнета показује да се после 200 сати рада на 180 степени, излазни обртни момент мотора смањио за 37%, што је приморало дизајн да укључи редундансу снаге од 30% или додавање система течног хлађења.
