В последние годы в моделизме очень популярным стал новый тип электромоторов - бесколлекторные (brushless) с их выдающимися характеристиками.
Долгое время элементная база электроники не позволяла сделать регулятор с необходимыми параметрами, и поэтому бесколлекторные моторчики для моделей появились сравнительно недавно. Первые образцы в каталоге Graupner были представлены только в 1997 году.
Напомним устройство обычного коллекторного электродвигателя на постоянных магнитах. Ротор с обмотками вращается внутри статора с постоянными магнитами, а обмотки коммутируются коллектором в зависимости от положения ротора. В таких моторах коллектор является наиболее нагруженным узлом. Из-за трения щеток в узле выделяется очень много тепла, т.е. расходуется энергия аккумуляторов. К тому же, щетки постепенно изнашиваются в процессе работы и требуют замены. В процессе работы подгорает коллектор и его приходится протачивать.
Теперь давайте разберем, в чем же заключается разница между коллекторным и бесколлекторным мотором?
В коллекторном моторе задача коллектора состоит в переключении обмоток на якоре двигателя так, чтобы крутящий момент на валу был всегда приложен в одну сторону. А если исключить коллектор и электричество к обмоткам подавать напрямую по проводам, а переключать в нужный момент электроникой?
Бесколлекторный мотор устроен "с точностью до наоборот" по отношению к коллекторному -ротор-магнит вращается внутри (inrunner) или снаружи (outunner) статора с обмотками. Статор набран из пластин подобно ротору обычного мотора. Питается двигатель постоянным током, а его обороты меняются в зависимости от нагрузки и подводимого напряжения. Это достигается переключением обмоток статора в зависимости от положения ротора.
Таким образом, в бесколлекторных моторах отсутствует щеточный узел. Для определения момента, когда нужно переключить обмотки, то есть в зависимости от того, в каком положении находится ротор в каждый момент времени, используют специальное электронное устройство - контроллер (регулятор). Задача контроллера состоит в том, чтобы постоянно отслеживать и анализировать мгновенные напряжения, которые присутствуют на каждой из секций обмоток статора. И в зависимости от этого подавать напряжение (переключать, коммутировать) на соответствующие обмотки так, чтобы крутящий момент на валу был всегда приложен в одну сторону. С применением контроллеров число контактов во всей цепи падает до одной-двух пар, и то - неподвижных, что немаловажно для такого показателя, как надежность двигателя.
Основа схемы переключения — мощные электронные ключи, которые включают и выключают обмотки согласно положению ротора. То есть вращающиеся контакты щеточного узла исключены, а переключение осуществляют полупроводниковые элементы. Еще не так давно подобные устройства стоили значительных денег и не обладали необходимыми характеристиками — предельный ток был ограничен несколькими амперами, а внутреннее сопротивление составляло Омы. Поэтому применение бесколлекторных двигателей для мощностей в десятки ватт и выше было невозможно. Сейчас же подходящие мощные полевые транзисторы стали относительно недороги, и их технические характеристики значительно улучшились. Допустимый рабочий ток достигает сотен ампер и выше, внутреннее сопротивление - несколько миллиОм.
Обычно модельные бесколлекторные моторчики имеют три обмотки, соединенные "звездой" или "треугольником", которые уложены в пазы статора. При соединении "звездой" получаем мотор с более высоким крутящим моментом и меньшими оборотами, а при соединении "треугольником" получаем более высокие обороты и меньший момент на валу. В настоящее время многие фирмы-производители применяют укладку обмоток в гладкий магнитопровод, что немного снижает потери в железе статора. Такой мотор можно определить по отсутствию какой-либо "компрессии" при прокручивании вала. В качестве же ротора используют сборную конструкцию, состоящую из нескольких магнитов и магнитопровода. Ротор, как правило, вращается в закрытых радиально-упорных подшипниках. Подшипники для улучшения работы на высоких частотах вращения поджаты при помощи упругой шайбы или пружины.
Теперь давайте рассмотрим, какие преимущества дает нам бесколлекторный двигатель. Первое и главное преимущество - отсутствие вращающихся контактов и переключающихся контактов вообще, что является главным источником потерь в электродвигателях на постоянных магнитах. Второе — это огромный ресурс механической части. В таких двигателях ось крепится на шарикоподшипниках, трущиеся и истираемые части отсутствуют, ломаться практически нечему. При этом эффект саморазмагничивания магнитов довольно растянут по времени и может составлять порядка нескольких процентов за несколько лет. Как следствие, увеличивается продолжительность полноценной работы двигателя. Изнашиваются только подшипники. Надежность тоже возрастает, так как нет трущихся механических элементов. Профилактика моторов и уход за ними предельно просты. Возросший КПД (до 90%) дает высокие энергетические показатели на единицу массы. Также немаловажно то, что бесколлекторный мотор можно изготовить хорошо защищенным от грязи и пыли.
Использование бесколлекторных моторов, а также традиционные аргументы приверженцев "электричек" — чистота, исключительная простота запуска и регулировки двигателя, простая возможность реверса для авто- и судомоделей, отсутствие проблем с поиском топлива делают электролеты перспективным направлением моделизма.
К недостаткам бесколлекторных моторов можно отнести лишь высокую стоимость комплекта мотор-аккумулятор-зарядное устройство-регулятор, которая гораздо выше, чем у аналогичной по мощности силовой установки на базе ДВС.
В заключение можно почти с уверенностью сказать, что бесколлекторные двигатели — это то будущее, к которому придут все любители электромоделей.