Bezszczotkowy silnik prądu stałego do kamery monitorującej do sprzętu fotograficznego

Kamery do monitoringu i sprzęt fotograficzny wymagają precyzyjnych ruchów, aby uchwycić wysokiej jakości obrazy i materiały filmowe. A Bezszczotkowy silnik prądu stałego to idealne rozwiązanie, oferujące szybki czas reakcji i cichą pracę. Czujnik przetwarza informacje z enkodera na przyrostowe sygnały pozycji przesyłane długimi kablami w formie kwadraturowej (sinus cosinus). Następnie napęd wykorzystuje technikę PWM do przerywania prądu w celu optymalnego zasilania każdej fazy w zależności od położenia wirnika. Jedną z najważniejszych cech kamery bezpieczeństwa jest silnik, który ją napędza. Nie ma znaczenia, jak dobra jest jakość wideo, jeśli silnik ulegnie awarii i przestanie działać. Najpopularniejszym rodzajem silnika stosowanego w kamerach monitorujących jest szczotkowany silnik prądu stałego. Wykorzystują one dwie stacjonarne metalowe szczotki, które stykają się z różnymi segmentami komutatora w celu przeniesienia prądu i wywołania ruchu obrotowego. Silniki te generują dużo ciepła, szybko się zużywają i wymagają regularnej konserwacji.

Bardziej niezawodną opcją jest bezszczotkowy silnik prądu stałego. Generalnie z trzema fazami uzwojenia są one komutowane elektronicznie. Elektronika wykrywa przejście napięć fazowych przez zero, aby określić położenie wirnika i zasilić fazy w zależności od tego położenia. Eliminuje to potrzebę stosowania czujników Halla, upraszcza okablowanie i zwiększa niezawodność. Silniki BLDC mają również dłuższą żywotność niż szczotkowe silniki prądu stałego. Silniki bezszczotkowe zużywają mniej energii niż silniki szczotkowe, aby osiągnąć tę samą moc wyjściową, co jest szczególnie ważne w sprzęcie do monitoringu, w którym zdolność do oszczędzania baterii ma kluczowe znaczenie. Silniki te mają również mniej ruchomych części niż silniki szczotkowe, co zmniejsza prawdopodobieństwo awarii mechanicznych i potrzeby konserwacji oraz zapewnia im dłuższą żywotność. Silnik bezszczotkowy może wykorzystywać tylne pole elektromagnetyczne generowane przez jego cewki do monitorowania położenia i prędkości wirnika, eliminując potrzebę dla czujników. Umożliwia to zastosowanie właściwie zaprojektowanego systemu sterowania w otwartej pętli bez żadnych czujników w samym silniku, co jeszcze bardziej poprawia wydajność i niezawodność.

Silniki te są identyfikowane na podstawie ich średnicy i długości w schemacie kodowania, w tym B dla szczelinowych (urządzenia chirurgiczne o krytycznym znaczeniu dla wysokiej wydajności), BH dla liniowych i EC dla urządzeń automatyki przemysłowej. Bezszczotkowe silniki prądu stałego mają zdolność wytwarzania wysokiego momentu obrotowego, który może być używany do podnoszenia kamer z dużymi ładunkami lub przemieszczania ich w trudnych miejscach. Mają również dłuższą żywotność niż silniki szczotkowe, co zmniejsza potrzebę konserwacji i napraw. W przeciwieństwie do szczotkowych silników prądu stałego, w których komutację uzyskuje się mechanicznie za pomocą szczotek ściskających pierścienie komutatora, bezszczotkowe silniki prądu stałego są komutowane elektronicznie. Używają czujników Halla do wykrywania położenia magnesu wirnika (niebieska strzałka) i przełączników elektronicznych, zwanych mostkami H (grupa 6 tranzystorów), aby zasilać fazy silnika w kolejności, która najlepiej utrzyma orientację pola magnetyczne stojana i wirnika.

Dzięki temu lepiej nadają się do zastosowań wymagających precyzji i kontroli, takich jak systemy pozycjonowania, takie jak kamery PTZ (rysunek 4), oświetlenie sceniczne lub roboty przemysłowe. Ten typ silnika jest również często określany jako serwonapęd. Sprzęt do nadzoru, taki jak kamery z funkcją obrotu, pochylenia i zoomu (PTZ) oraz sprzęt fotograficzny, taki jak gimbal, wymagają precyzyjnych ruchów w celu uchwycenia dokładnych obrazów i nagrań. Muszą również działać cicho, ponieważ każdy hałas może zaalarmować lub przeszkadzać obiektom. Korzystanie z silnika bezszczotkowego może pomóc w zapewnieniu płynnego i cichego ruchu, co czyni go idealnym wyborem do tego typu zastosowań. W przeciwieństwie do silników szczotkowych, które wykorzystują szczotki do wytwarzania iskier i hałasu, bezszczotkowy silnik prądu stałego jest komutowany elektrycznie. Pozwala to na cichą pracę, ponieważ nie ma w nim elementów mechanicznych. Co więcej, komutacja bezczujnikowa jest możliwa dzięki zastosowaniu jednobiegunowej modulacji szerokości impulsu (PWM) z odpowiednim schematem wykrywania napięcia na zaciskach. Może to przezwyciężyć wrażliwość na szum przełączania tradycyjnej metody ZCD i osiągnąć dobrą wydajność silnika w szerokim zakresie prędkości.