Fırçasız doğru akım motoru

Fırçasız doğru akım motoru, motorun her fazını bir kapalı döngü kontrolörü aracılığıyla sürmek için alternatif akım şeklinde elektrik üreten bir invertör veya anahtarlama güç kaynağı aracılığıyla doğru akım elektriğiyle çalışan senkron motorlardır. Kontrolör, motorun hızını ve torkunu kontrol eden motor sargılarına akım darbeleri sağlar. Bu kontrol sistemi, birçok geleneksel elektrik motorunda kullanılan komütatörün yerini alır.

Fırçasız motorun fırçalı motor'lara göre avantajları yüksek güç-ağırlık oranı, yüksek hız, neredeyse anında hız ve tork kontrolü, yüksek verimlilik ve az bakımdır. Fırçasız motorlar, bilgisayar çevre birimleri (disk sürücüleri, yazıcılar), el tipi elektrikli aletler ve model uçaklardan otomobillere kadar uzanan araçlar gibi yerlerde kullanılır. Modern çamaşır makinelerinde, fırçasız DC motorlar, kauçuk kayışların ve dişli kutularının direkt-tahrikli tasarımla değiştirilmesine yol açtı.

Fırçalı DC motor 19. yüzyılda icat edildi ve hala yaygındır. 1960'larda katı hâl elektroniği'nin geliştirilmesiyle fırçasız DC motorlar mümkün oldu.^[1]

Elektrik motoru, rotor (makinenin dönen kısmı) ve stator (makinenin sabit kısmı) manyetik alanlarını kaçık hizada tutarak tork oluşturur. Bir veya her iki mıknatıs grubu, demir bir çekirdeğin etrafına sarılmış bobin telinden yapılmış elektromıknatıslardır. DC, manyetik alan oluşturur ve motoru çalıştıran gücü verir. Kaçık hizalama, alanları yeniden hizalamaya çalışan bir tork üretir. Rotor hareket ettikçe ve alanlar hizaya geldikçe, yanlış hizalamayı korumak ve tork ve hareketi sürdürmek için rotorun veya statorun alanını hareket ettirmek gerekir. Rotorun konumuna göre alanları hareket ettiren alete komütatör denir.^[2][3][4]

Fırçalı motorlarda bu, motor milinde komütatör denilen döner anahtarla yapılır.^[2][3][4] Rotor üzerinde çok sayıda metal temas parçasına bölünmüş dönen bir silindirden oluşur. Segmentler rotor üzerindeki iletken sargılara bağlanmıştır. Grafit gibi yumuşak bir iletkenden yapılmış fırçalar denilen iki veya daha çok sabit kontak, komütatöre doğru bastırarak rotor dönerken birbirini takip eden segmentlerle kayan elektriksel temas yapar. Fırçalar, sargılara seçici olarak elektrik akımı sağlar. Rotor döndükçe, komütatör farklı sargıları seçer ve belirli bir sargıya yönlü akım uygulanır, böylece rotorun manyetik alanı stator ile kaçık hizada kalır ve bir yönde tork oluşturur.

Komütatörün, fırçalı motorların kullanımında azalmasına neden olan dezavantajları vardır. Bu dezavantajlar şunlardır:^[2][3][4]

• Dönen komütatör segmentleri boyunca kayan fırçaların sürtünme, düşük güçlü bir motorda önemli olabilecek güç kayıplarına neden olur.
• Yumuşak fırça malzemesi sürtünme nedeniyle aşınır, toz oluşturur ve sonunda fırçaların değiştirilmesi gerekir. Bu, komütasyonlu motorları sabit disk sürücü motorları gibi düşük partiküllü veya sızdırmaz uygulamalar ve bakım gerektirmeyen çalışma gerektiren uygulamalarda uygunsuz hale getirir.
• Kayan fırça kontağının elektrik direnci, motor devresinde fırça düşmesi (ing:brush drop) denilen ve enerji tüketen voltaj düşüşüne neden olur.
• Sargıların endüktans üzerinden akımın tekrarlanan ani geçişi, komütatör kontaklarında kıvılcımlara neden olur; bu, patlayıcı ortamlarda yangın tehlikesi oluşturur ve ve yakındaki mikroelektronik devrelerde elektromanyetik girişime neden olan bir elektronik gürültü kaynağıdır.

Son yüz yılda, bir zamanlar endüstrinin temel dayanağı olan yüksek güçlü DC fırçalı motorlar, alternatif akım (AC) senkron motorlar ile yer değiştirdi. Günümüzde fırçalı motorlar yalnızca düşük güçlü uygulamalarda veya yalnızca DC'nin mevcut olduğu yerlerde kullanılır ancak yukarıdaki dezavantajlar bu uygulamalarda bile kullanımlarını sınırlıdır.

• Jacek F. Gieras; Mitchell Wing (2002), Permanent magnet motor technology: design and applications, CRC Press, ISBN 9780824743949, 5 Şubat 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi, erişim tarihi: 9 Şubat 2021 
• Krishnan Ramu (2009), Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motors, CRC Press, ISBN 9781420014235, 5 Şubat 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi, erişim tarihi: 9 Şubat 2021 
• Howard E. Jordan (1994), Energy-efficient electric motors and their applications, Springer, ISBN 9780306446986, 5 Şubat 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi, erişim tarihi: 9 Şubat 2021 
• Bobby A. Bassham (2003), An Evaluation of Electric Motors for Ship Propulsion, Naval Postgraduate School, 13 Nisan 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi, erişim tarihi: 9 Şubat 2021 

Wikimedia Commons'ta Fırçasız doğru akım motoru ile ilgili ortam dosyaları bulunmaktadır.