Motor Brushless(มอเตอร์ บัสเลส) ทำงาน..ยังไง ?

สวัสดีครับ ยินดีต้อนรับทุกท่านเข้าสู่ช่อง ZimZimDIY
สำหรับวันนี้ ผมจะพาเพื่อนๆ ไปดูหลักการทำงานของมอเตอร์บัสเลส เบื้องต้นกันนะครับ
มาดูกันว่า มอเตอร์ตัวเล็กๆเหล่านี้ ทำไมถึงมีแรงบิดที่สูงมาก
ผมขออนุญาต อธิบายแบบง่ายๆ สไตล์ช่อง ZimZim ละกันนะครับ
การทำงานของ มอเตอร์ Brushless
จริงๆแล้วมันก็ทำงานคล้ายๆกับ มอเตอร์ DC ที่ แปลงพลังงานไฟฟ้า เป็นพลังงานกล
ส่วนใหญ่ นิยมใช้ในโดรน หมุนใบพัดสร้างแรงยก
รถบังคับวิทยุ ที่วิ่งกันโหดๆ หรือใน สว่านไร้สาย เครื่องเจียร ก็มีให้เห็นทั่วไปครับ
ถ้าเรานำมาเปรียบกับ มอเตอร์ DC ทั่วไป ก็ปรากฎว่า
ทั้งคู่มีแม่เหล็กถาวรอยู่ ด้านอกเหมือนกัน
ทั้งคู่มีคอยล์ อยู่ตรงกลางที่พันด้วยลวดทองแดง เหมือนกัน
แต่แทนที่ขดลวดจะเป็นจุด หมุน
มอเตอร์ Brushless กลับใช้แม่เหล็ก ด้านนอกเป็นตัว หมุนแทน
ตัวมอเตอร์ DC เขาจะมี แขนจับเป็น แปรงถ่าน และ หัวคอม ซึ่งข้อเสียของมันก็คือ
จะมีการเสียดสีกัน ในขณะที่ใช้งาน
เพราะฉะนั้นมันก็จะ มีระยะเวลา การสึกหรอ และ ระยะเวลา ซ่อมแซมของมัน ครับ
ส่วนมอเตอร์ Brushless มันจะไม่มี แปรงถ่าน
ข้อดีของมันก็คือ
1. ให้ประสิทธิภาพสูง แรงเสียดทานน้อย แรงบิดเยอะ
2. เงียบกว่า การสั่นจะเทือนน้อยกว่า การสึกหรอน้อยกว่า
3. ใช้งานได้ยาวนานมากขึ้น
ก็จะมีทั้งแบบ
Inrunner และ Outrunner
แต่การใช้งานส่วนใหญ่ ที่เราพลก็จะเป็นเป็นแบบ Outrunner แทบทั้งหมดครับ
เนื่องจาก มอเตอร์ Outrunner จะมีแรงบิด ที่สูงกว่า
เราจะเห็นได้ใน ล้อฮับ ที่อยู่ในรถจักรยานไฟฟ้า เขาก็นิยมใช้กัน
ถ้า เป็น มอเตอร์ DC ทั่วไป การใช้งานก็ไม่ยาก เขาก็จะมีสายไฟโผล่อออกมาให้เราต่อ สองเส้น ซึ่งถ้าป้อนพลังงาน มันก็พร้อมที่ จะหมุน ทันที
แต่ สำหรับมอเตอร์ Brushless เขาจะมีสายไฟ ทั้งหมด สามเส้น
เราไม่สามารถที่จะ ป้อนไฟ + - คู่ใดคู่หนึ่ง เพื่อให้มันหมุนได้ นะครับ มันจะหมุนนิดเดียว แล้ว เกิดการหยุดชะงัก
ซึ่งจริงๆแล้ว เราจะต้องต่อ กับ ชุดควบคุมความเร็ว อีกทีหนึ่ง ซึ่งจะเป็นชุด Speedcontroller
สำหรับหลักการทำงาน เบื้องต้น ของมันก็คือ เขาจะมีวอลุ่มตัวหนึ่งคอยควบคุมความกว้างของพัลส์ ซึ่งจะส่งต่อไปยัง SpeedController
เพื่อควมคุมความเร็วของมอเตอร์ อีกทีหนึ่ง
ส่วนประกอบ
ตัวมอเตอร์ ปกติ เขาจะ มีรูเกลียว และ ฐานยึด แถมมาให้เราด้วย
รวมไปถึง ตัวล๊อคแกนใบพัดหรือแกนเพลา
ตรงนี้จะมี Clip สำหรับยึด แกน อยู่ตัวหนึ่ง
ถ้าแง๊ะออก เราก็สามารถ ถอด เพลาหมุน ออกมาได้เช่นกัน
สังเกตุว่าตัวเพลาจะยึดติดกับตัวโครงของมอเตอร์เลย
ส่วนที่หมุนได้ ตรงนี้ เราจะเรียกว่า Rotor และ ส่วนที่อยู่กับที่ ก็คือ Stator
ทั้งตัว Rotor และ Stator
จะ มีช่อง สำหรับระบายความร้อน
Stator ด้านใน จะมีชุด ตลับลูกปืนขนาดเล็ก หน้า - หลัง
เพราะฉะนั้นไม่ต้องห่วงครับ การหมุน จะมีแรงเสียดทานที่ต่ำ และ ค่อนข้างราบรื่น มาก
สำหรับ แผ่นสเตเตอร์ เขาจะปั้มทำเป็นแขน รูปตัว T ออกมา 12 แขน
ซึ่งทำจากแผ่นโลหะชิ้นเดียวบางๆ และก็ ซ้อนกันหลายๆแผ่น จนได้ความหนาที่ต้องการ
และก็เคลือบด้วย ลามิเนต
แทนที่จะเป็นเหล็ก ก้อนเดียว กลมๆ เพื่อลดกระแสวน หรือ กระแส เอ็ดดี้ ที่เกิดจากสนามแม่เหล็กซึ่งมันจะสร้างความร้อนที่ไม่มีประโยชน์ และเป็นการสิ้นเปลือง พลังงานครับ
ขดลวดที่พันทั้ง 12 ขด เราจะแบ่งออกเป็นขดลวดหลักๆ อยู่ 3 ชุด ใหญ่ๆ
แต่ละชุดมี่ 4 ขดย่อย
และ แต่ละชุด ก็เชื่อมต่อกับ ไฟที่มีเฟส แตกต่างกัน
โดย ปลายสายของแต่ละขด เขาก็จะมัดชน กันกับขด ที่อยู่ข้างๆ
และขดลวดชุดเดียวกัน ที่อยู่ติดกัน เราจะพันในทิศทางตรงกันข้ามกัน
ตัวหนึ่งถ้าพัน ตามเข็ม แล้ว อีกตัวจะพัน ทวนเข็ม เสมอๆ
ซึ่งเราก็จะได้ทิศทาง ของขั่้วแม่เหล็กไม่ซ้ำกัน ทั้ง 12 ขด
ซึ่งเป็นวิธีการทั่วไปในการเดินสายไฟ มอเตอร์ Brushless อยู่แล้วนะครับ
นับว่าเป็นเทคนิคอย่างหนึ่งในการพัน ขดลวด ที่รู้จักกันในชื่อ DLRK winding
มองภาพรวม ก็ถือว่า เป็นการเชื่อมต่อแบบ เดลต้า นั้นและครับ
ต่อไป ถ้าเรามาดูที่ตัวโครงด้านใน จะเจอกับแม่เหล็กแรงสูง วางสลับขั้วกันทั้งหมด 14 ตัว
ซึ่งจริงๆแล้ว ขดลวดเรามีเพียง 12 ขด เท่านั้นเองครับ
ถ้าเรานำมาวางในตำแหน่งใช้งานจริงๆ แน่นอนครับ ว่าทั้งคู่จะอยู่ในตำแหน่ง ไม่สมูท ไม่เรียงตัวกัน
นี่ก็ถือว่าเป็นเทคนิคการออกแบบ อีกเทคนิคหนึ่ง ที่สำคัญ มากนะครับ
เพราะว่า ในขณะที่โรเตอร์ ทำการ หมุน มันพยายาม จะจัดตำแหน่ง ตัวเอง ให้บาล๊านกัน อยู่ตลอดเวลา
แต่ตำแหน่งที่มันวางเยื้องๆกัน เราสามารถ ทำให้มันหมุน ไม่บรรจบครบกันสักทีได้ครับ
เดี๋ยวมา ดูกันครับว่า เขาออกแบบมัน อย่างไร
มาทวบทวนกันอีกครั้งครับ
มอเตอร์บัสเลตมีสายไฟ สามเส้น
ซึ่งข้างใน เชื่อมต่อกับ ขดลวดใหญ่ๆ สามชุด
และก็ต่อกับ Speed คอนโทรลเลอร์ โดยมี วอลุ่ม คอย ปรับความกว้างของพัลส์
หลักการทำงานของเขา ก็คือ ใช้มอสเฟต 6 ตัว
3 ตัวเชื่อมต่อกับไฟบวก
อีก 3 ตัวเชื่อมต่อกับ กราวด์
โดยขาเกตแต่ละตัว ต่อกับ ชุด Controller เพื่อรับคำสั่ง เปิด/ปิด อีกทีหนึ่ง
ขากลาง ของมอสเฟต จะเชื่อมต่อกับ มอสเฟต ฝั่งตรงกันข้าม
และ ก็เชื่อมต่อ ไปยังแต่ละเฟส ของขดลวด เพื่อรอสร้างสนามแม่เหล็ก
ขณะทำงาน เขาจะเปิด มอเฟตที่ ละ 2 ตัว หรือทีละคู่
โดยให้กระแสไหลเข้าไป ตัวหนึ่ง และ กระแสไหลออกมา อีก ตัวหนึ่ง
เพราะฉะนั้นในขดลวด ตอนนี้ จะมีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นทันที 4 ขดย่อย
และเราสามารถ จ่าย กระแสไฟ ได้มากถึง 6 Input
จากการสลับ เปิด/ปิด มอสเฟต แค่นั้นเองครับ
เมื่อ นำ แกน Rotor ที่มีแม่เหล็กถาวร มาวางซ้อน มันก็จะเกิดการหมุน
จากการ ดึงและผลัก กัน ของ แม่เหล็กไฟฟ้า ในแต่ละชุด
เป็นวงรอบ
ทำให้เหมือน กับ ลา ที่โดนหลอกให้ วิ่งไล่กัน แครอท โดยไม่มีวันสิ้นสุด
ส่วนขดลวดไหน ที่ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน
มันจะมีแรงดัน EMF ตีไหลออกมาครับ
ดังนั้น ตัว Controllrer ก็สามารถอ่านค่า และ ตรวจสอบ เพื่อกำหนดตำแหน่งของโรเตอร์ ต่อไปได้ครับ