2) Skutočný rotujúci motor

Tu sa ako praktický spôsob točivých elektrických strojov zavádza spôsob vytvárania točivého magnetického poľa pomocou trojfázového striedavého prúdu a cievok.
(Trojfázový striedavý prúd je signál striedavého prúdu s fázovým intervalom 120°)

• Syntetické magnetické pole vo vyššie uvedenom stave ① zodpovedá nasledujúcemu obrázku ①.
• Syntetické magnetické pole v stave ② vyššie zodpovedá ② na obrázku nižšie.
• Syntetické magnetické pole vo vyššie uvedenom stave ③ zodpovedá nasledujúcemu obrázku ③.

Ako je opísané vyššie, cievka navinutá okolo jadra je rozdelená do troch fáz a cievka fázy U, cievka fázy V a cievka fázy W sú usporiadané v intervaloch 120°.Cievka s vysokým napätím generuje N pól a cievka s nízkym napätím generuje S pól.
Pretože sa každá fáza mení ako sínusová vlna, mení sa polarita (N pól, S pól) generovaná každou cievkou a jej magnetické pole (magnetická sila).
Teraz sa stačí pozrieť na cievku, ktorá vytvára pól N, a zmeniť poradie podľa cievky fázy U → cievky fázy V → cievky fázy W → cievky fázy U, čím sa otáča.

Konštrukcia malého motora

Na obrázku nižšie je znázornená všeobecná štruktúra a porovnanie troch motorov: krokový motor, jednosmerný motor s kefou (DC) a bezkomutátorový jednosmerný motor (DC).Základnými komponentmi týchto motorov sú hlavne cievky, magnety a rotory.Okrem toho sa kvôli rôznym typom delia na cievkový pevný typ a magnetový pevný typ.

Nasleduje popis štruktúry spojenej s ukážkovým diagramom.Keďže môžu existovať ďalšie štruktúry na podrobnejšom základe, uvedomte si, že štruktúra opísaná v tomto článku je vo veľkom rámci.

Tu je cievka krokového motora pripevnená zvonka a magnet sa otáča zvnútra.

Magnety brúseného jednosmerného motora sú tu pripevnené zvonku a cievky sú otáčané zvnútra.Kefy a komutátor sú zodpovedné za napájanie cievky a zmenu smeru prúdu.

Tu je cievka bezkomutátorového motora pripevnená zvonka a magnet sa otáča zvnútra.

Vzhľadom na rôzne typy motorov, aj keď sú základné komponenty rovnaké, štruktúra je odlišná.Špecifiká budú podrobne vysvetlené v každej časti.

kartáčovaný motor

Konštrukcia brúseného motora

Nižšie uvádzame, ako vyzerá kartáčovaný jednosmerný motor, ktorý sa často používa v modeloch, ako aj rozložená schéma bežného dvojpólového (2 magnety) trojštrbinového motora (3 cievky).Možno veľa ľudí má skúsenosť s rozoberaním motora a vyberaním magnetu.

Je vidieť, že permanentné magnety kartáčovaného jednosmerného motora sú pevné a cievky kartáčovaného jednosmerného motora sa môžu otáčať okolo vnútorného stredu.Stacionárna strana sa nazýva „stator“ a rotujúca strana sa nazýva „rotor“.

Nasleduje schematický diagram štruktúry predstavujúci koncept štruktúry.

Na obvode otočnej centrálnej osi sú tri komutátory (ohýbané plechy na spínanie prúdu).Aby sa zabránilo vzájomnému kontaktu, sú komutátory usporiadané v rozstupe 120° (360°÷3 kusy).Komutátor sa otáča pri otáčaní hriadeľa.

Jeden komutátor je spojený s jedným koncom cievky a druhým koncom cievky a tri komutátory a tri cievky tvoria celok (prstenec) ako obvodovú sieť.

Dve kefy sú upevnené pod uhlom 0° a 180° pre kontakt s komutátorom.Externý jednosmerný zdroj je pripojený ku kefe a prúd tečie podľa dráhy kefa → komutátor → cievka → kefa.

Princíp otáčania kartáčovaného motora

① Otočte proti smeru hodinových ručičiek z počiatočného stavu

Cievka A je navrchu, pripojte napájací zdroj ku kefke, nech je ľavá (+) a pravá (-).Veľký prúd tečie z ľavej kefy do cievky A cez komutátor.Toto je štruktúra, v ktorej sa horná časť (vonkajšia strana) cievky A stáva pólom S.

Pretože 1/2 prúdu cievky A tečie z ľavej kefy do cievky B a cievky C v opačnom smere k cievke A, vonkajšie strany cievky B a cievky C sa stanú slabými N pólmi (označené o niečo menšími písmenami v obrázok) .

Magnetické polia vytvorené v týchto cievkach a odpudivé a príťažlivé účinky magnetov vystavujú cievky sile rotujúcej proti smeru hodinových ručičiek.

② Ďalej otočte proti smeru hodinových ručičiek

Ďalej sa predpokladá, že pravá kefa je v kontakte s dvoma komutátormi v stave, keď je cievka A otočená proti smeru hodinových ručičiek o 30°.

Prúd cievky A pokračuje v toku z ľavej kefy do pravej kefy a vonkajšia strana cievky udržuje pól S.

Cez cievku B preteká rovnaký prúd ako cievkou A a vonkajšia strana cievky B sa stáva silnejším N pólom.

Keďže oba konce cievky C sú kefami skratované, netečie žiadny prúd a nevytvára sa žiadne magnetické pole.

Aj v tomto prípade dochádza k otáčaniu proti smeru hodinových ručičiek.

Od ③ do ④ horná cievka naďalej prijíma silu doľava a spodná cievka naďalej prijíma silu doprava a pokračuje v otáčaní proti smeru hodinových ručičiek

Keď sa cievka otočí o ③ a ④ každých 30°, keď je cievka umiestnená nad stredovou horizontálnou osou, vonkajšia strana cievky sa zmení na S pól;keď je cievka umiestnená nižšie, stáva sa N pólom a tento pohyb sa opakuje.

Inými slovami, horná cievka je opakovane tlačená doľava a spodná cievka je opakovane tlačená doprava (obe v smere proti smeru hodinových ručičiek).Rotor sa tak neustále otáča proti smeru hodinových ručičiek.

Ak pripojíte napájanie k protiľahlej ľavej (-) a pravej (+) kefke, v cievkach sa vytvoria opačné magnetické polia, takže sila aplikovaná na cievky je tiež v opačnom smere a otáča sa v smere hodinových ručičiek.

Okrem toho, keď je napájanie vypnuté, rotor kartáčovaného motora sa prestane otáčať, pretože neexistuje žiadne magnetické pole, ktoré by ho udržalo v rotácii.

Trojfázový plnovlnný bezkomutátorový motor

Vzhľad a štruktúra trojfázového plnovlnného bezkomutátorového motora

Obrázok nižšie ukazuje príklad vzhľadu a štruktúry bezkomutátorového motora.

Vľavo je príklad vretenového motora používaného na otáčanie optického disku v zariadení na prehrávanie optických diskov.Celkom trojfázové × 3 spolu 9 cievok.Vpravo je príklad vretenového motora pre FDD zariadenie s celkom 12 cievkami (trojfázové × 4).Cievka je upevnená na doske plošných spojov a navinutá okolo železného jadra.

Diskovitá časť napravo od cievky je rotor s permanentným magnetom.Obvod je permanentný magnet, hriadeľ rotora je vložený do strednej časti cievky a prekrýva časť cievky a permanentný magnet obklopuje obvod cievky.

Schéma vnútornej štruktúry a ekvivalentný obvod zapojenia cievky trojfázového plnovlnného bezkomutátorového motora

Ďalej je schematický diagram vnútornej štruktúry a schematický diagram ekvivalentného obvodu zapojenia cievky.

Táto vnútorná schéma je príkladom veľmi jednoduchého 2-pólového (2 magnety) 3-slotového (3 cievky) motora.Je to podobné ako brúsená konštrukcia motora s rovnakým počtom pólov a štrbín, ale strana cievky je pevná a magnety sa môžu otáčať.Samozrejme, žiadne štetce.

V tomto prípade je cievka zapojená do Y pomocou polovodičového prvku na napájanie cievky prúdom a prítok a odtok prúdu je riadený podľa polohy rotujúceho magnetu.V tomto príklade sa na zistenie polohy magnetu používa Hallov prvok.Hallov prvok je usporiadaný medzi cievkami a generované napätie sa zisťuje na základe sily magnetického poľa a používa sa ako informácia o polohe.Na obrázku FDD vretenového motora uvedeného vyššie je tiež vidieť, že medzi cievkou a cievkou je Hallov prvok (nad cievkou) na detekciu polohy.

Hallove prvky sú dobre známe magnetické snímače.Veľkosť magnetického poľa môže byť prevedená na veľkosť napätia a smer magnetického poľa môže byť vyjadrený ako kladný alebo záporný.Nižšie je schematický diagram zobrazujúci Hallov efekt.

Halové prvky využívajú fenomén, že „keď prúd I_{H preteká polovodičom a magnetický tok B prechádza v pravom uhle k prúdu, napätie VH}sa generuje v smere kolmom na prúd a magnetické pole“, objavil tento jav americký fyzik Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) a nazval ho „Hallov efekt“.Výsledné napätie V_Hje reprezentovaný nasledujúcim vzorcom.

V_H= (K_H/ d)・I_H・B ※K_H: Hallov koeficient, d: hrúbka povrchu prieniku magnetického toku

Ako ukazuje vzorec, čím vyšší je prúd, tým vyššie je napätie.Táto funkcia sa často používa na zistenie polohy rotora (magnetu).

Princíp rotácie trojfázového plnovlnného bezkomutátorového motora

Princíp otáčania bezkomutátorového motora bude vysvetlený v nasledujúcich krokoch ① až ⑥.Pre ľahké pochopenie sú tu permanentné magnety zjednodušené z kruhov na obdĺžniky.

①

Medzi trojfázovými cievkami sa predpokladá, že cievka 1 je upevnená v smere 12 hodín hodín, cievka 2 je upevnená v smere 4 hodín hodín a cievka 3 je upevnená v smere hodinových ručičiek. smer 8 hodín hodín.Nech je N pól 2-pólového permanentného magnetu vľavo a pól S vpravo a dá sa otáčať.

Prúd Io prúdi do cievky 1 na vytvorenie magnetického poľa S-pólu mimo cievky.Prúd Io/2 prúdi z cievky 2 a cievky 3, aby vytvoril N-pólové magnetické pole mimo cievky.

Keď sú magnetické polia cievky 2 a cievky 3 vektorizované, vytvorí sa N-pólové magnetické pole smerom nadol, čo je 0,5-násobok veľkosti magnetického poľa generovaného pri prechode prúdu Io cez jednu cievku a je 1,5-krát väčšie, keď sa pridá. k magnetickému poľu cievky 1.To vytvára výsledné magnetické pole pod uhlom 90° k permanentnému magnetu, takže možno generovať maximálny krútiaci moment, permanentný magnet sa otáča v smere hodinových ručičiek.

Keď sa prúd cievky 2 zníži a prúd cievky 3 sa zvýši podľa polohy natočenia, výsledné magnetické pole sa tiež otáča v smere hodinových ručičiek a permanentný magnet tiež pokračuje v otáčaní.

②

V stave otočenom o 30° tečie prúd Io do cievky 1, prúd v cievke 2 je nulový a prúd Io tečie von z cievky 3 .

Vonkajšia strana cievky 1 sa stáva S pólom a vonkajšia strana cievky 3 sa stáva N pólom.Keď sa vektory skombinujú, výsledné magnetické pole je √3 (≈1,72) násobok magnetického poľa vytvoreného pri prechode prúdu Io cez cievku.To tiež vytvára výsledné magnetické pole v uhle 90° k magnetickému poľu permanentného magnetu a otáča sa v smere hodinových ručičiek.

Keď sa prítokový prúd Io cievky 1 zníži podľa polohy natočenia, prítokový prúd cievky 2 sa zvýši z nuly a výstupný prúd cievky 3 sa zvýši na Io, výsledné magnetické pole sa tiež otáča v smere hodinových ručičiek, a permanentný magnet tiež pokračuje v otáčaní.

※Za predpokladu, že každý fázový prúd je sínusový priebeh, hodnota prúdu je tu Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Prostredníctvom vektorovej syntézy magnetického poľa sa celková veľkosť magnetického poľa získa ako ( √ 3⁄2)²× 2 = 1,5 krát.Keď je každý fázový prúd sínusová vlna, bez ohľadu na polohu permanentného magnetu, veľkosť vektorového kompozitného magnetického poľa je 1,5-krát väčšia ako veľkosť magnetického poľa generovaného cievkou a magnetické pole je v relatívnom uhle 90°. na magnetické pole permanentného magnetu.

③

V stave pokračujúceho otáčania o 30° tečie prúd Io/2 do cievky 1, prúd Io/2 tečie do cievky 2 a prúd Io tečie von z cievky 3 .

Vonkajšia strana cievky 1 sa stáva S pólom, vonkajšia strana cievky 2 sa tiež stáva S pólom a vonkajšia strana cievky 3 sa stáva N pólom.Keď sa vektory skombinujú, výsledné magnetické pole je 1,5-násobok magnetického poľa vytvoreného, ​​keď prúd Io preteká cievkou (rovnaké ako ①).Aj tu vzniká výsledné magnetické pole pod uhlom 90° vzhľadom na magnetické pole permanentného magnetu a otáča sa v smere hodinových ručičiek.

④～⑥

Otočte rovnakým spôsobom ako ① až ③.

Týmto spôsobom, ak sa prúd tečúci do cievky plynule prepína v poradí podľa polohy permanentného magnetu, permanentný magnet sa bude otáčať v pevnom smere.Podobne, ak otočíte tok prúdu a otočíte výsledné magnetické pole, bude sa otáčať proti smeru hodinových ručičiek.

Obrázok nižšie nepretržite zobrazuje prúd každej cievky v každom kroku ① až ⑥ vyššie.Prostredníctvom vyššie uvedeného úvodu by malo byť možné pochopiť vzťah medzi aktuálnou zmenou a rotáciou.

krokový motor

Krokový motor je motor, ktorý dokáže presne riadiť uhol otáčania a rýchlosť v synchronizácii s impulzným signálom.Krokový motor sa tiež nazýva „impulzný motor“.Pretože krokové motory môžu dosiahnuť presné polohovanie iba prostredníctvom riadenia s otvorenou slučkou bez použitia snímačov polohy, sú široko používané v zariadeniach, ktoré vyžadujú polohovanie.

Štruktúra krokového motora (dvojfázový bipolárny)

Nasledujúce obrázky zľava doprava sú príkladom vzhľadu krokového motora, schematický diagram vnútornej konštrukcie a schematický diagram koncepcie konštrukcie.

V príklade vzhľadu je uvedený vzhľad krokového motora typu HB (Hybrid) a typu PM (Permanent Magnet).Štruktúrny diagram v strede zobrazuje aj štruktúru typu HB a typu PM.

Krokový motor je konštrukcia, v ktorej je cievka upevnená a permanentný magnet sa otáča.Koncepčný diagram vnútornej štruktúry krokového motora vpravo je príkladom PM motora s dvojfázovými (dve sady) cievok.V príklade základnej konštrukcie krokového motora sú cievky usporiadané zvonka a permanentné magnety sú usporiadané vo vnútri.Okrem dvojfázových cievok existujú trojfázové a päťfázové typy s viacerými fázami.

Niektoré krokové motory majú iné odlišné štruktúry, ale základná štruktúra krokového motora je uvedená v tomto článku, aby sa uľahčilo zavedenie jeho pracovného princípu.Prostredníctvom tohto článku dúfam, že pochopím, že krokový motor v podstate prijíma štruktúru pevnej cievky a rotujúceho permanentného magnetu.

Základný pracovný princíp krokového motora (jednofázové budenie)

Nasledujúci obrázok slúži na predstavenie základného princípu činnosti krokového motora.Toto je príklad budenia pre každú fázu (súpravu cievok) vyššie uvedenej dvojfázovej bipolárnej cievky.Predpokladom tohto diagramu je, že sa stav zmení z ① na ④.Cievka pozostáva z cievky 1 a cievky 2.Okrem toho šípky prúdu označujú smer prúdenia prúdu.

①

• Prúd tečie z ľavej strany cievky 1 a vyteká z pravej strany cievky 1 .
• Nedovoľte, aby prúd prechádzal cez cievku 2.
• V tomto čase sa vnútorná strana ľavej cievky 1 zmení na N a vnútorná strana pravej cievky 1 sa zmení na S.
• Preto je permanentný magnet v strede priťahovaný magnetickým poľom cievky 1, stáva sa stavom ľavého S a pravého N a zastaví sa.

  ②

• Prúd cievky 1 sa zastaví a prúd priteká z hornej strany cievky 2 a vyteká zo spodnej strany cievky 2.
• Vnútorná strana hornej cievky 2 sa zmení na N a vnútorná strana spodnej cievky 2 sa zmení na S.
• Permanentný magnet je priťahovaný jeho magnetickým poľom a zastaví sa otočením o 90° v smere hodinových ručičiek.

  ③

• Prúd cievky 2 sa zastaví a prúd tečie z pravej strany cievky 1 a vyteká z ľavej strany cievky 1.
• Vnútorná strana ľavej cievky 1 sa zmení na S a vnútorná strana pravej cievky 1 sa zmení na N.
• Permanentný magnet je priťahovaný jeho magnetickým poľom a zastaví sa otočením v smere hodinových ručičiek o ďalších 90°.

  ④

• Prúd cievky 1 sa zastaví a prúd tečie zo spodnej strany cievky 2 a vyteká z hornej strany cievky 2.
• Vnútorná strana hornej cievky 2 sa zmení na S a vnútorná strana spodnej cievky 2 sa zmení na N.
• Permanentný magnet je priťahovaný jeho magnetickým poľom a zastaví sa otočením v smere hodinových ručičiek o ďalších 90°.