موتورهای براش
موتورهای براش الکتریکی DC، یک نوع موتور الکتریکی هستند که جهت تولید انرژی مکانیکی از منبع تغذیه الکتریکی استفاده می‌کنند. این موتورها به عنوان یکی از قدیمی‌ترین و مهم‌ترین کاربردهای تجاری قدرت الکتریکی، برای بیش از ۱۰۰ سال در سیستم‌های توزیع DC مورد استفاده قرار گرفته‌اند. از آنجا که موتورهای براش قابلیت تغییر سرعت و گشتاور را دارند، می‌توانند با تنظیم ولتاژ عمل‌کرد یا قدرت میدان مغناطیسی، سرعت خود را تنظیم کنند. این موتورها در حمل‌ونقل الکتریکی، کرین‌ها و کارخانه‌های فولادی همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرند. با وجود اینکه برخی از کاربردهای موتورهای براش به دلیل فرسودگی مواد برس و نیاز به تعویض، جا به جایی شده‌اند، اما هنوز در برخی از کاربردها استفاده می‌شوند.
۱. انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کنید
تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی یکی از مفاهیم پایه در علوم فیزیک است. در این فرآیند، انرژی الکتریکی که توسط یک منبع الکتریکی تامین می‌شود، به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود. این تبدیل انرژی در موتورهای براش نیز اتفاق می‌افتد.
موتورهای براش از نوع موتورهای الکترومغناطیسی هستند که با استفاده از جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند. این نوع موتورها از طریق قوانین الکترومغناطیسی فعالیت می‌کنند و در انواع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله در خودروها، دستگاه‌های الکترونیکی و صنایع مختلف.
رابطه موتورهای براش با کار تسلا
موتورهای براش و کار تسلا در مهندسی الکتریکی ارتباط وثیقی دارند. نیکولا تسلا، یکی از بزرگترین مخترعان و مهندسان در زمینه الکتریسیته و مغناطیس بود. او به عنوان مخترع موتور AC (جریان متناوب) شناخته می‌شود که بر اساس اصول الکترومغناطیسی کار می‌کند.
تسلا با اختراع موتور AC، استفاده از جریان متناوب را معرفی کرد که به‌طور گسترده در صنعت و خانه‌ها استفاده می‌شود. این نوع موتورها به دلیل کارایی و قدرت بالا، انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند و در انواع دستگاه‌ها و ماشین‌آلات استفاده می‌شوند.
استفاده از فعالیت‌های عملی در یادگیری
برای یادگیری بهتر این مفهوم، می‌توان از فعالیت‌های عملی استفاده کرد. یکی از روش‌ها برای نشان دادن تبدیل انرژی الکتریکی به مکانیکی، ساختن یک موتور الکترومغناطیسی است. در این فعالیت، یادگیرندگان می‌توانند یک موتور الکترومغناطیسی ساخته و از این طریق روش پایه‌ترین تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را نشان دهند.
همچنین، برای ارائه زمینه بیشتر درباره تسلا، می‌توان از فیلم «تسلا: استاد برقگیری» استفاده کرد. یادگیرندگان می‌توانند کلیپ‌های این فیلم را تماشا کرده و درباره چالش‌هایی که تسلا به عنوان مخترع با آن‌ها روبرو شد، گزارشی بنویسند. این فعالیت می‌تواند به یادگیری قوانین حفظ انرژی، موتورها و الکترومغناطیس کمک کند.
۲. کاربردهای موتورهای براش در صنعت
موتورهای براش یکی از ابداعات مهم در صنعت هستند که در بسیاری از زمینه‌ها کاربردهای گسترده‌ای دارند. این موتورها برای تولید گشتاور بالا در دامنه‌ای وسیع از سرعت‌ها استفاده می‌شوند. به دلیل عدم استفاده از برس‌های الکتریکی، موتورهای براش بسیار انعطاف‌پذیر و قابل اعتماد هستند و تا ۷۵-۹۰٪ کارایی بیشتری نسبت به موتورهای براش دارند.
عمل‌کرد ساکت و توانایی حفظ گشتاور حتی در حالت ساکن، دو ویژگی مهمی هستند که موتورهای براش را از سایر نوع موتورها متمایز می‌کند. این ویژگی‌ها باعث شده‌اند که در صنعت خودروسازی، رباتیک صنعتی و سیستم‌های پهپادی استفاده وسیعی داشته باشند.
کاربردهای موتورهای براش در خودروسازی:
- استفاده از موتورهای براش در اجزای مختلف خودروها مانند پنجره‌ها، فن‌ها و آسانسورها
- قابلیت سفارشی‌سازی موتورها بر اساس نیازهای خودروسازان، مانند کنترل رو به جلو و عقب و سیگنال بازخورد سرعت
کاربردهای موتورهای براش در رباتیک صنعتی:
- استفاده از موتورهای براش به عنوان دستگاه نگه‌دارنده با قابلیت کنترل دقیق، برای تولید دستگاه‌ها و گجت‌های رباتیک دقیق و دقیق
کاربردهای موتورهای براش در سیستم‌های پهپادی:
- استفاده از موتورهای براش کوچک و سبک برای تغییر جهت بسیار مهم است
- توانایی تحمل دماهای بالاتر نیز از موارد مهمی است که در این سیستم‌ها لازم است موتورهای براش داشته باشند
در کل، موتورهای براش با استفاده از تغییر فعال و غیرفعال کردن سوئیچ‌های نیمه‌هادی عمل می‌کنند و این تغییرات میدان مغناطیسی را تغییر می‌دهد و امکان چرخش موتور را فراهم می‌کند. این ویژگی‌ها باعث شده‌اند که موتورهای براش در صنعت بسیار مورد توجه قرار بگیرند و در بسیاری از زمینه‌ها از آن‌ها استفاده شود.
۳. خصوصیات قابل تغییر موتورهای براش
موتورهای براشلس از موتورهای براش تفاوت‌های زیادی دارند که این تفاوت‌ها آن‌ها را به گزینه مناسبی برای بسیاری از کاربردها تبدیل کرده است. یکی از خصوصیات قابل تغییر در موتورهای براشلس، عمر طولانی‌تر آن‌ها است. در این نوع موتورها از سمندها برای تولید میدان مغناطیسی و چرخش موتور استفاده می‌شود و نیازی به کامیوتاتور و مسیرها نیست که باعث کاهش سایش و خرابی قطعات مکانیکی موتور می‌شود.
یکی از مزایای دیگر موتورهای براشلس، قابلیت انتقال حرارت بیشتر آن‌ها نسبت به موتورهای براش است. در موتورهای براشلس، حرارت تولید‌شده‌توسط موتور به راحتی به بیرون منتقل می‌شود. این در حالی است که در موتورهای براش، حرارت از هسته موتور به سیم‌های موتور منتقل می‌شود که باعث افت کارایی و خرابی موتور می‌شود.
علاوه بر این، موتورهای براشلس قابلیت اعمال جریان بزرگ و توان بالا را دارند. در موتورهای براش، با اعمال جریان بزرگ به موتور، ارتباط الکتریکی موتور ممکن است شکسته شود و باعث خرابی موتور شود. اما در موتورهای براشلس، با استفاده از مدار راننده، جریان بزرگی به موتور اعمال می‌شود و نیازی به اتصال مکانیکی ندارد.
همچنین، موتورهای براشلس دارای سطح نویز کمتری نسبت به موتورهای براش هستند. زیرا موتورهای براشلس بدون تماس مکانیکی هستند و بنابراین نویز تولیدی در آن‌ها کمتر است. در مقابل، موتورهای براش دارای تماس مکانیکی هستند که باعث تولید نویز مکانیکی و الکتریکی می‌شود.
در نهایت، برای عمل‌کرد بهینه موتورهای براشلس نیاز به مدار کنترل است. در حالی که موتورهای براش را می‌توان با اتصال به منبع تغذیه به راحتی عمل‌کرد داد، موتورهای براشلس نیاز به یک مدار کنترل برای عمل‌کرد بهینه دارند.
با توجه به این مزایا، موتورهای براشلس می‌توانند در بسیاری از صنایع و کاربردها مورد استفاده قرار بگیرند. این موتورها با قابلیت تحمل بار بالا، کمترین سطح نویز، عمر طولانی‌تر و قابلیت انتقال حرارت بیشتر، گزینه مناسبی برای استفاده در صنایع مختلف می‌باشند.
۴. موتورهای براش و کاربردهای حمل‌ونقل الکتریکی
موتورهای براش، به خاطر عمل‌کرد بی‌نیاز از نگهداری و توانایی تحمل شرایط محیطی سخت، برای استفاده در حمل‌ونقل الکتریکی و فضایی مناسب هستند. این موتورها به دلیل ویژگی‌های منحصر به فردشان، در صنایع مختلف نیز کاربرد دارند.
در صنایع ساخت و تولید، موتورهای براش برای کاربردهای مختلفی مانند کنترل موتور، سیستم‌های عامل، و موقعیت‌یابی مناسب هستند. این موتورها به دلیل عمل‌کرد قوی و انعطاف‌پذیری در برنامه‌ریزی، به عنوان قطعه‌های اصلی در صنایع مختلف استفاده می‌شوند.
در زمینه پزشکی، موتورهای براش به خاطر عمر طولانی، صدای کمتر و عدم تولید اهتزاز، برای تجهیزات پزشکی حساس مناسب هستند. این موتورها به دلیل قابلیت کارکرد به صورت بی‌صدا و بی‌اهتزاز، در ابزارهای پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند و بهبود عمل‌کرد و دقت در درمان بیماران را فراهم می‌کنند.
موتورهای براش به خاطر سرعت بالا، عمر طولانی و کمترین خطر ایجاد اتش‌سوزی، در روبات‌ها و دستگاه‌های خودکار بسیار کارآمد هستند. این موتورها به دلیل قابلیت تحمل فشار بالا و توانایی اجرای حرکات پیچیده، در صنعت رباتیک و دستگاه‌های خودکار استفاده می‌شوند.
در حوزه حمل‌ونقل الکتریکی، بیشتر وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی از موتورهای براش برای عمل‌کرد بهتر و بازدهی بالاتر استفاده می‌کنند. این موتورها به دلیل سرعت بالا، عدم نیاز به نگهداری دوره‌ای و انتشار کمتر گازهای آلاینده، به عنوان یک جایگزین پایدار برای موتورهای دیزلی و بنزینی در حمل‌ونقل شهری مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نتیجه گیری
با توجه به مطالب مورد بحث در بخش‌های مختلف مقاله، می‌توان نتیجه گرفت که موتورهای براش یکی از نوآوری‌های مهم در صنعت و فیزیک هستند. با تمرکز بر تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی، این موتورها در بسیاری از زمینه‌ها کاربردهای گسترده‌ای دارند. از جمله کاربردهای آن‌ها در صنعت، حمل‌ونقل الکتریکی، فضا و رباتیک بوده است. موتورهای براش به لطف خصوصیات قابل تغییری که دارند، به گزینه مناسبی تبدیل شده‌اند. از جمله خصوصیات آن‌ها می‌توان به عدم نیاز به اتصال مکانیکی، توانایی تحمل شرایط محیطی سخت و عمل‌کرد بی‌نیاز از نگهداری اشاره کرد. این ویژگی‌ها باعث شده‌اند که موتورهای براش در حمل‌ونقل الکتریکی و فضایی استفاده شوند. همچنین، در صنعت رباتیک و دستگاه‌های خودکار، این موتورها به دلیل قابلیت تحمل فشار بالا و توانایی اجرای حرکات پیچیده، کاربرد فراوانی دارند. از این رو، می‌توان نتیجه گرفت که موتورهای براش با توجه به توانایی‌ها و خصوصیاتی که دارند، یکی از ابزارهای مهم در صنعت و تکنولوژی هستند. در نهایت، با توجه به کاربردهای گسترده موتورهای براش در صنعت، حمل‌ونقل الکتریکی و فضایی، می‌توان نتیجه گرفت که این موتورها تاثیر مهمی در توسعه صنعت و فناوری داشته‌اند و با عمل‌کرد بهینه و قابلیت تطبیق با شرایط محیطی مختلف، به گزینه مناسبی برای کاربردهای مختلف تبدیل شده‌اند.
منابع:
How Do We Convert Electrical Energy into Mechanical Energy?
Features and Applications of DC Brushed Motors & Brushless in Micro pumps
Brushless motor vs brushed motor: The features of the Orbray brushless motor.
Top 6 Industry Applications of Brushless Motors
