Σύγκριση πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων μεταξύ σχεδίων κινητήρα με βούρτσα και χωρίς ψήκτρες

Ένας βουρτσισμένος κινητήρας συνεχούς ρεύματος παράγει μια μέγιστη ροπή σε κατάσταση ηρεμίας, η οποία μειώνεται γραμμικά με την αύξηση της ταχύτητας. Οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες μπορούν να ξεπεράσουν ορισμένους από τους περιορισμούς των κινητήρων με ψήκτρες. Περιλαμβάνουν υψηλότερη απόδοση και χαμηλότερη ευαισθησία στη μηχανική φθορά. Αυτά τα οφέλη έρχονται με το κόστος των δυνητικά λιγότερο στιβαρών, πιο σύνθετων και ακριβότερων ηλεκτρονικών ελέγχου.
Οι τυπικοί κινητήρες χωρίς ψήκτρες έχουν μόνιμους μαγνήτες που περιστρέφονται γύρω από έναν σταθερό οπλισμό, εξαλείφοντας το πρόβλημα της σύνδεσης ρεύματος με έναν κινούμενο οπλισμό. Ένας ηλεκτρονικός ελεγκτής αντικαθιστά το στοιχείο βούρτσας/μετατροπέα του κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες, ο οποίος αλλάζει συνεχώς τη φάση των περιελίξεων για να διατηρεί τον κινητήρα σε λειτουργία. Ο ελεγκτής εκτελεί παρόμοια κατανομή ισχύος χρονισμού χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα στερεάς κατάστασης αντί για σύστημα βούρτσας/μετατροπέα.
Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες, όπως υψηλή αναλογία ροπής προς βάρος, μεγαλύτερη ροπή ανά watt (βελτιωμένη απόδοση), υψηλότερη αξιοπιστία, χαμηλότερο θόρυβο, μεγαλύτερη διάρκεια ζωής (διάβρωση χωρίς ψήκτρες και μετατροπέα), εξάλειψη σπινθήρων ιονισμού από μεταγωγείς και συνολική μείωση των ηλεκτρομαγνητικών παρεμβολών (EMI). Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν περιελίξεις στον ρότορα, δεν υπόκεινται σε φυγόκεντρη δύναμη και δεδομένου ότι οι περιελίξεις υποστηρίζονται από το περίβλημα, μπορούν να ψύχονται μέσω αγωγιμότητας και δεν απαιτούν ροή αέρα μέσα στον κινητήρα για την ψύξη τους. Αυτό με τη σειρά του σημαίνει ότι το εσωτερικό του κινητήρα μπορεί να είναι πλήρως κλειστό και προστατευμένο από βρωμιά ή άλλες ξένες ουσίες.
Η μεταγωγή κινητήρα χωρίς ψήκτρες μπορεί να υλοποιηθεί σε λογισμικό χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή μικροελεγκτή ή μικροεπεξεργαστή, σε αναλογικό υλικό ή σε ψηφιακό υλικολογισμικό χρησιμοποιώντας μια διάταξη προγραμματιζόμενης πύλης πεδίου (FPGA). Η οπισθοπορεία με ηλεκτρονικά αντί για βούρτσες επιτρέπει μεγαλύτερη ευελιξία και λειτουργικότητα που δεν είναι διαθέσιμη με βουρτσισμένους κινητήρες συνεχούς ρεύματος, συμπεριλαμβανομένων ορίων ταχύτητας, λειτουργίας "micro-step" για αργό ή/και λεπτό έλεγχο κινητήρα και διατήρηση της ροπής σε κατάσταση ηρεμίας. Το λογισμικό του ελεγκτή μπορεί να προσαρμοστεί σε συγκεκριμένους κινητήρες για χρήση στην εφαρμογή, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη απόδοση εναλλαγής.
Η μέγιστη ισχύς που εφαρμόζεται σε έναν κινητήρα χωρίς ψήκτρες περιορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμότητα και η υπερβολική θερμότητα θα αποδυναμώσει τον μαγνήτη και θα καταστρέψει τις μονωτικές ιδιότητες των περιελίξεων.
Οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες είναι πιο αποδοτικοί από τους κινητήρες χωρίς ψήκτρες όταν πρόκειται για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ισχύ. Αυτή η βελτίωση οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στη συχνότητα του ρεύματος μεταγωγής που καθορίζεται από την ανάδραση του αισθητήρα θέσης. Το πρόσθετο όφελος οφείλεται στην απουσία βουρτσών, η οποία μειώνει τη μηχανική απώλεια ενέργειας λόγω τριβής. Τα κέρδη απόδοσης είναι μεγαλύτερα στις περιοχές χωρίς και χαμηλού φορτίου της καμπύλης απόδοσης κινητήρα. Υπό υψηλά μηχανικά φορτία, η απόδοση των κινητήρων χωρίς ψήκτρες και των κινητήρων με ψήκτρες υψηλής ποιότητας είναι συγκρίσιμη.
Τα περιβάλλοντα και οι απαιτήσεις για τους κατασκευαστές να χρησιμοποιούν κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες περιλαμβάνουν λειτουργία χωρίς συντήρηση, υψηλή ταχύτητα και κινδύνους σπινθήρα ή πιθανή επίδραση στη λειτουργία ηλεκτρονικά ευαίσθητου εξοπλισμού.
Η δομή ενός κινητήρα χωρίς ψήκτρες μπορεί να είναι παρόμοια με αυτή ενός βηματικού κινητήρα. Σε αντίθεση με τους βηματικούς κινητήρες, οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες χρησιμοποιούνται συνήθως για την παραγωγή συνεχούς περιστροφής. Οι βηματικοί κινητήρες γενικά δεν περιλαμβάνουν αισθητήρες θέσης άξονα για εσωτερική ανάδραση στη θέση του ρότορα. Αντίθετα, ο ελεγκτής stepper θα βασίζεται σε αισθητήρες για να ανιχνεύσει τη θέση της συσκευής που οδηγεί. Συχνά σταματούν όταν ο ρότορας βρίσκεται σε μια καθορισμένη γωνιακή θέση, ενώ εξακολουθεί να παράγει ροπή. Ένα καλά σχεδιασμένο σύστημα κινητήρα χωρίς ψήκτρες μπορεί επίσης να διατηρηθεί σε μηδέν RPM και περιορισμένη ροπή.