Brushed vs. Brushless Motors: อะไรคือความแตกต่างและอะไรดีที่สุด?

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่สุดที่โลกสมัยใหม่พึ่งพาอาศัยกันอย่างมาก มอเตอร์เหล่านี้ใช้ในเครื่องใช้ในบ้าน เครื่องมือไฟฟ้า โดรน ระบบระบายความร้อนด้วยพีซี หุ่นยนต์ และยานพาหนะไฟฟ้า

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่ใช้บ่อยที่สุดสองตัวในปัจจุบันคือมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านและไม่มีแปรงถ่าน มอเตอร์ทั้งสองมีแนวคิดพื้นฐานเหมือนกันในการใช้แม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้มีการหมุนทางกล แต่ด้วยแนวคิดการออกแบบที่แตกต่างกัน มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านและแบบไม่มีแปรงจึงมีความแตกต่างในด้านประสิทธิภาพ ต้นทุน และการบำรุงรักษา

---

---

คลิปวิดีโอประจำวันนี้

การออกแบบมอเตอร์ใดดีกว่า - แปรงหรือไม่มีแปรง?

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงทำงานอย่างไร?

มอเตอร์ไฟฟ้าแปลงไฟฟ้าเป็นพลังงานกล พวกเขาทำเช่นนี้โดยปล่อยให้ไฟฟ้าผ่านขดลวดทองแดง สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่กระตุ้นแม่เหล็กถาวรภายในมอเตอร์ ทำให้โรเตอร์เคลื่อนที่และผลิตพลังงานกล

แม้ว่าทั้งมอเตอร์แบบมีแปรงและแบบไม่มีแปรงมีเป้าหมายเดียวกันในการแปลงไฟฟ้าเป็นพลังงานกล แต่การออกแบบก็ต่างกัน เพื่อให้เข้าใจถึงความแตกต่าง เรามาพูดถึงการออกแบบมอเตอร์กัน โดยเริ่มจากมอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน

การออกแบบมอเตอร์ขัดเงา

มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านมีการผลิตมานานกว่าศตวรรษแล้ว เป็นที่ทราบกันดีว่ามีการออกแบบที่เรียบง่ายโดยใช้แปรงคาร์บอนคู่หนึ่งเพื่อส่งกำลังไปยังมอเตอร์ มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านมักจะมีสี่ส่วนหลัก ได้แก่:

• สเตเตอร์: ส่วนที่อยู่กับที่ของมอเตอร์ ประกอบด้วยแม่เหล็กถาวรที่ทำให้โรเตอร์เคลื่อนที่
• โรเตอร์: ส่วนที่หมุนได้ของมอเตอร์ ประกอบด้วยขดลวดทองแดงซึ่งเมื่อได้รับพลังงานจะทำให้ขดลวดทองแดงเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า
• สับเปลี่ยน: วงแหวนโลหะที่ช่วยให้แน่ใจว่าโรเตอร์ยังคงหมุนต่อไปโดยกลับขั้วสำหรับทุกๆ ครึ่งรอบของโรเตอร์
• แปรง: ชิ้นส่วนที่อยู่กับที่ซึ่งทำจากคาร์บอนซึ่งเชื่อมต่อโดยตรงกับขั้วของแหล่งพลังงาน พวกมันส่งกำลังไปยังวงแหวนสับเปลี่ยน ซึ่งจะเปิดใช้งานโรเตอร์

มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านใช้แปรงเพื่อจ่ายพลังงานให้กับมอเตอร์ในขณะที่ให้ทั้งโรเตอร์และตัวสับเปลี่ยนหมุนได้ โรเตอร์ประกอบด้วยขดลวดทองแดงซึ่งเมื่อขับเคลื่อนโดยพื้นฐานแล้วจะกลายเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า

---

---

จะเกิดอะไรขึ้นถ้าแม่เหล็กสองตัวมาใกล้กัน?

พวกมันจะดึงดูดหรือผลักกันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการจัดตำแหน่งของขั้วแม่เหล็ก เป้าหมายของแปรงถ่านคือการใช้แรงดึงดูดและแรงผลักเพื่อหมุนมอเตอร์ นี่คือจุดที่สับเปลี่ยนมีประโยชน์

---

---

ตัวสับเปลี่ยนคือวงแหวนโลหะที่อยู่ตรงกลางของโรเตอร์ซึ่งจะสลับขั้วแม่เหล็กของโรเตอร์ทุกๆ 180 องศา สิ่งนี้ทำให้แน่ใจได้อย่างมีประสิทธิภาพว่าขั้วแม่เหล็กของโรเตอร์จะอยู่ในแนวเดียวกับขั้วแม่เหล็กเดียวกันของสเตเตอร์ ทำให้เกิดแรงผลัก

ผลลัพธ์? ต่อเนื่อง การหมุนทางกลมีแรงเพียงพอ เพื่อเพิ่มพลังให้เครื่องปั่นของคุณ (หรืออะไรก็ตามที่ใช้มอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน)

การออกแบบมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน

มอเตอร์ไร้แปรงถ่านเริ่มได้รับความนิยมในช่วงทศวรรษ 1980 เมื่อทรานซิสเตอร์กลายเป็นเรื่องปกติในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มีพร้อมใช้ ส่วนประกอบโซลิดสเตต มีบทบาทสำคัญในการผลิตมอเตอร์ไร้แปรงถ่านสำหรับเครื่องมือไฟฟ้า เครื่องใช้ในบ้าน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การออกแบบที่ซับซ้อนแต่มีประสิทธิภาพทำให้มอเตอร์แบบไม่มีแปรงมีแรงบิดมากกว่ามอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน

การออกแบบมอเตอร์ไร้แปรงถ่านใช้ชิ้นส่วนที่จำเป็นหลายอย่าง พวกเขาจะรวมถึง:

ไมโครโฟนกำลังรับเอาต์พุตเสียง windows 10

• สเตเตอร์: ส่วนที่อยู่กับที่ของมอเตอร์ ประกอบด้วยขดลวดทองแดงหลายอันซึ่งเมื่อได้รับพลังงานแล้วจะกลายเป็นแม่เหล็กแบบแอคทีฟ
• โรเตอร์: ส่วนที่หมุนได้ของมอเตอร์ ประกอบด้วยแม่เหล็กถาวรที่หมุนเนื่องจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างสเตเตอร์กับโรเตอร์
• เซนเซอร์ Hall Effect: เซ็นเซอร์ที่ตรวจจับว่าคอยล์ใดได้รับพลังงานและคอยล์ใดไม่ได้รับพลังงาน
• วงจรควบคุม: วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ออกแบบมาเพื่อตัดสินใจว่าจะจ่ายกระแสไฟให้คอยล์ใดในสเตเตอร์

ตามชื่อที่บอกไว้ มอเตอร์ไร้แปรงถ่านจะไม่ใช้แปรงในการขับเคลื่อนมอเตอร์ มอเตอร์ไร้แปรงไม่มีเครื่องสับเปลี่ยนที่มีกระแสไฟฟ้า แต่จะใช้เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์และวงจรควบคุมเพื่อให้แน่ใจว่าขั้วแม่เหล็กตรงข้ามของสเตเตอร์และโรเตอร์จะอยู่ในแนวเดียวกันเสมอ อีกสิ่งหนึ่งที่คุณจะพบความแตกต่างก็คือสเตเตอร์มีขดลวดทองแดงในขณะที่โรเตอร์มีแม่เหล็กถาวร

มอเตอร์ไร้แปรงถ่านทำงานในลักษณะเดียวกับมอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน โดยอาศัยความแตกต่างของขั้วแม่เหล็กในการเคลื่อนโรเตอร์ สร้างการหมุนและแรงบิด

แต่ไม่มีแปรงและสับเปลี่ยน ขดลวดทองแดงจะมีกำลังได้อย่างไร?

ง่ายๆ คุณทำให้ขดลวดทองแดงอยู่กับที่ ไม่จำเป็นต้องใช้แปรงกับขดลวดทองแดงแบบอยู่กับที่อีกต่อไป เนื่องจากคุณสามารถจ่ายไฟให้ขดลวดโดยตรงผ่านสายไฟได้

สำหรับสับเปลี่ยน มอเตอร์ไร้แปรงถ่านใช้เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์และวงจรควบคุม เซ็นเซอร์ฮอลล์คือเซ็นเซอร์ทรงกลมแบนที่วางอยู่ข้างขดลวดทองแดงของสเตเตอร์ เนื่องจากสเตเตอร์มีคอยล์หลายตัว เซ็นเซอร์ฮอลล์จึงสามารถตรวจจับได้ว่าคอยล์ตัวใดตัวหนึ่งมีพลังงานอยู่หรือไม่

จากนั้นเซ็นเซอร์จะอ่านค่าของวงจรควบคุมและตัดสินใจว่าจะจ่ายพลังงานให้คอยล์ใด ดังนั้นหากแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์เข้าใกล้ขั้วแม่เหล็กดึงดูด วงจรควบคุมจะหยุดส่งพลังงานให้คอยล์เหล่านี้และกระตุ้นขดลวดถัดไปที่ดึงดูดแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์ วงจรควบคุมจะกระตุ้นขดลวดก่อนแม่เหล็กถาวร ทำให้เกิดแรงผลักและเพิ่มแรงบิดในการหมุนให้มากขึ้น

ข้อดีและข้อเสียของมอเตอร์แบบมีแปรงและแบบไม่มีแปรง

ด้วยความแตกต่างในการออกแบบมอเตอร์ มอเตอร์ทั้งแบบมีแปรงและไม่มีแปรงจะมีข้อดีและข้อเสีย นี่คือตารางที่จะช่วยให้คุณเข้าใจจุดแข็งและจุดอ่อนของพวกเขา:

อายุขัย	สั้น	ยาว
อัตราเร่ง	ปานกลาง	สูง
ประสิทธิภาพ	ปานกลาง	สูง
แรงบิด	ปานกลาง	สูง
อะคูสติก	เสียงดัง	เงียบ
ค่าใช้จ่าย	ราคาไม่แพง	ราคาแพง (มีวงจรควบคุม)

คุณควรซื้อฮาร์ดแวร์ด้วยมอเตอร์แบบมีแปรงหรือแบบไม่มีแปรงหรือไม่?

ดังที่คุณเห็นในตาราง มอเตอร์ไร้แปรงถ่านจะดีกว่าในทุก ๆ ด้าน (ยกเว้นในด้านราคา) มากกว่ามอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน ให้แรงบิดที่สูงกว่า อัตราเร่งที่เร็วขึ้น เสียงต่ำ ประสิทธิภาพสูงขึ้น และมีความทนทานมากขึ้น

ดังนั้น เมื่อคุณมีโอกาสซื้อเครื่องมือไฟฟ้า เครื่องใช้ในครัว โดรน หรืออะไรก็ได้ที่ต้องใช้มอเตอร์ การเลือกรายการที่มีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านมักจะเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า

ดังนั้นมอเตอร์แบบมีแปรงถ่านควรล้าสมัยหรือไม่?

ดีไม่มี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากมอเตอร์แบบไม่มีแปรง (พร้อมวงจรควบคุม) จะมีราคาสูงกว่ารายการที่ใช้มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านอย่างมาก และถึงแม้ว่ามอเตอร์แบบไม่มีแปรงจะดีกว่าแบบมีแปรง แต่ก็ไม่ได้หมายความว่ามอเตอร์แบบมีแปรงถ่านจะไม่ดี อันที่จริงแล้วมอเตอร์แบบมีแปรงนั้นดีมาก คุณสามารถทำงานแบบเดียวกันให้สำเร็จได้ด้วยมอเตอร์แบบมีแปรงเช่นเดียวกับที่คนอื่นทำกับแบบไร้แปรง

โดยทั่วไปแล้ว มอเตอร์ไร้แปรงถ่านเป็นมอเตอร์ในอุดมคติภายในเครื่องมือและอุปกรณ์ของคุณ แต่ก็มีบางสถานการณ์ที่คุณอาจต้องการใช้มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านแทน สถานการณ์เหล่านี้จะรวมถึง:

• เมื่อใช้มอเตอร์ในช่วงเวลาสั้นๆ (เช่น เครื่องปั่น เบาะไฟฟ้า และที่ปัดน้ำฝน)
• เมื่อเครื่องมือ/เครื่องใช้มีประโยชน์เพียงไม่กี่ครั้งต่อปี
• เมื่องานไม่ต้องการแรงบิดมาก (เช่น ของเล่น ช่องระบายอากาศ)
• ในสภาวะการทำงานที่รุนแรง มอเตอร์แบบมีแปรงไม่จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์หรือวงจรควบคุมที่อาจไม่ทำงานในสภาพอากาศที่รุนแรง

การซื้ออย่างชาญฉลาด

ตอนนี้คุณเข้าใจความแตกต่างระหว่างมอเตอร์แบบมีแปรงถ่านและแบบไม่มีแปรงแล้ว หวังว่าจะช่วยให้คุณตัดสินใจซื้ออย่างชาญฉลาดเมื่อซื้อเครื่องใช้ในครัว เครื่องมือ และอุปกรณ์ได้ง่ายขึ้น สิ่งนี้ควรอธิบายด้วยว่าเหตุใดสินค้าบางรายการจึงมีราคาแพงกว่าสินค้าอื่น แม้ว่าจะมาจากแบรนด์เดียวกัน มีคุณสมบัติเหมือนกัน และใช้ฟอร์มแฟกเตอร์เดียวกัน จำไว้ว่าการที่คุณสามารถซื้อของระดับพรีเมียมได้โดยใช้มอเตอร์แบบไม่มีแปรงไม่ได้หมายความว่าการซื้อนั้นเป็นสิ่งที่ชาญฉลาดเสมอไป