2) Aktuální rotující motor

Zde se jako praktický způsob točivých elektrických strojů zavádí způsob vytváření točivého magnetického pole pomocí třífázového střídavého proudu a cívek.
(Třífázový střídavý proud je střídavý signál s fázovým intervalem 120°)

• Syntetické magnetické pole ve výše uvedeném stavu ① odpovídá následujícímu obrázku ①.
• Syntetické magnetické pole ve stavu ② výše odpovídá ② na obrázku níže.
• Syntetické magnetické pole ve výše uvedeném stavu ③ odpovídá následujícímu obrázku ③.

Jak je popsáno výše, cívka navinutá kolem jádra je rozdělena do tří fází a cívka fáze U, cívka fáze V a cívka fáze W jsou uspořádány v intervalech 120°.Cívka s vysokým napětím generuje N pól a cívka s nízkým napětím generuje S pól.
Protože se každá fáze mění jako sinusová vlna, mění se polarita (N pól, S pól) generovaná každou cívkou a její magnetické pole (magnetická síla).
V tuto chvíli se stačí podívat na cívku, která vytváří pól N, a změnit pořadí podle cívky fáze U→ cívky fáze V→ cívky fáze W→ cívky fáze U, čímž se otáčí.

Konstrukce malého motoru

Níže uvedený obrázek ukazuje obecnou strukturu a srovnání tří motorů: krokový motor, motor s kartáčovaným stejnosměrným proudem (DC) a bezkomutátorový motor na stejnosměrný proud (DC).Základními součástmi těchto motorů jsou především cívky, magnety a rotory.Navíc se kvůli různým typům dělí na cívkový pevný typ a magnetový pevný typ.

Následuje popis struktury spojené s ukázkovým diagramem.Protože mohou existovat další struktury na podrobnějším základě, uvědomte si prosím, že struktura popsaná v tomto článku je ve velkém rámci.

Zde je cívka krokového motoru upevněna na vnější straně a magnet se otáčí uvnitř.

Zde jsou magnety kartáčovaného stejnosměrného motoru upevněny na vnější straně a cívky jsou rotovány uvnitř.Kartáče a komutátor jsou zodpovědné za napájení cívky a změnu směru proudu.

Zde je cívka bezkomutátorového motoru upevněna na vnější straně a magnet se otáčí uvnitř.

Vzhledem k různým typům motorů, i když jsou základní komponenty stejné, struktura je odlišná.Specifika budou podrobně vysvětlena v každé části.

kartáčovaný motor

Konstrukce kartáčovaného motoru

Níže je uvedeno, jak vypadá kartáčovaný stejnosměrný motor často používaný v modelech, a také rozložené schéma běžného dvoupólového (2 magnety) tříslotového motoru (3 cívky).Možná má mnoho lidí zkušenost s rozebráním motoru a vyjmutím magnetu.

Je vidět, že permanentní magnety kartáčovaného stejnosměrného motoru jsou pevné a cívky kartáčovaného stejnosměrného motoru se mohou otáčet kolem vnitřního středu.Stacionární strana se nazývá „stator“ a rotační strana se nazývá „rotor“.

Následuje schematický diagram struktury představující koncept struktury.

Na obvodu otočné středové osy jsou tři komutátory (ohýbané plechy pro spínání proudu).Aby se zabránilo vzájemnému kontaktu, jsou komutátory uspořádány v rozestupu 120° (360°÷3 kusy).Komutátor se otáčí při otáčení hřídele.

Jeden komutátor je spojen s jedním koncem cívky a druhým koncem cívky a tři komutátory a tři cívky tvoří celek (prstenec) jako obvodovou síť.

Dva kartáče jsou upevněny na 0° a 180° pro kontakt s komutátorem.Ke kartáči je připojeno externí stejnosměrné napájení a proud teče podle dráhy kartáč → komutátor → cívka → kartáč.

Princip otáčení kartáčovaného motoru

① Otočte proti směru hodinových ručiček z výchozího stavu

Cívka A je nahoře, připojte napájení ke kartáči, levou stranu nechte (+) a pravou (-).Velký proud teče z levého kartáče do cívky A přes komutátor.Toto je struktura, ve které se horní část (vnější strana) cívky A stává S pólem.

Protože 1/2 proudu cívky A teče z levého kartáče do cívky B a cívky C v opačném směru k cívce A, vnější strany cívky B a cívky C se stanou slabými N póly (označeno mírně menšími písmeny v postava).

Magnetická pole vytvořená v těchto cívkách a odpudivé a přitažlivé účinky magnetů vystavují cívky rotující síle proti směru hodinových ručiček.

② Dále otočte proti směru hodinových ručiček

Dále se předpokládá, že pravý kartáč je v kontaktu se dvěma komutátory ve stavu, kdy je cívka A otočena proti směru hodinových ručiček o 30°.

Proud cívky A pokračuje v toku z levého kartáče na pravý kartáč a vnější strana cívky udržuje pól S.

Stejný proud jako cívkou A protéká cívkou B a vnější strana cívky B se stává silnějším N pólem.

Protože oba konce cívky C jsou zkratovány kartáči, neprotéká žádný proud a nevytváří se žádné magnetické pole.

I v tomto případě dochází k rotaci proti směru hodinových ručiček.

Od ③ do ④ horní cívka nadále přijímá sílu doleva a spodní cívka nadále přijímá sílu doprava a nadále se otáčí proti směru hodinových ručiček

Když se cívka otočí o ③ a ④ každých 30°, když je cívka umístěna nad středovou horizontální osou, vnější strana cívky se stane S pólem;když je cívka umístěna níže, stane se z ní N pól a tento pohyb se opakuje.

Jinými slovy, horní cívka je opakovaně tlačena doleva a spodní cívka je opakovaně tlačena doprava (obojí proti směru hodinových ručiček).Díky tomu se rotor neustále otáčí proti směru hodinových ručiček.

Pokud připojíte napájení k protilehlému levému (-) a pravému (+) kartáči, vytvoří se v cívkách protilehlá magnetická pole, takže síla působící na cívky je také v opačném směru a točí se ve směru hodinových ručiček.

Kromě toho, když je napájení vypnuto, rotor kartáčovaného motoru se přestane otáčet, protože neexistuje žádné magnetické pole, které by jej udrželo v otáčení.

Třífázový plnovlnný bezkomutátorový motor

Vzhled a struktura třífázového plnovlnného bezkomutátorového motoru

Níže uvedený obrázek ukazuje příklad vzhledu a struktury bezkomutátorového motoru.

Vlevo je příklad vřetenového motoru používaného k roztočení optického disku v zařízení pro přehrávání optických disků.Celkem třífázové × 3 celkem 9 cívek.Vpravo je příklad vřetenového motoru pro zařízení FDD, s celkem 12 cívkami (třífázové × 4).Cívka je upevněna na desce plošných spojů a navinuta kolem železného jádra.

Disková část napravo od cívky je rotor s permanentním magnetem.Periferie je permanentní magnet, hřídel rotoru je vložen do střední části cívky a kryje cívkovou část a permanentní magnet obklopuje obvod cívky.

Schéma vnitřní struktury a ekvivalentní obvod zapojení cívky třífázového plnovlnného bezkomutátorového motoru

Dále je schéma vnitřní struktury a schéma náhradního obvodu zapojení cívky.

Toto vnitřní schéma je příkladem velmi jednoduchého 2-pólového (2 magnety) 3-slotového (3 cívky) motoru.Je to podobné jako kartáčovaná konstrukce motoru se stejným počtem pólů a štěrbin, ale strana cívky je pevná a magnety se mohou otáčet.Samozřejmě, žádné štětce.

Cívka je v tomto případě zapojena do Y pomocí polovodičového prvku pro napájení cívky proudem a přítok a odtok proudu je řízen podle polohy rotujícího magnetu.V tomto příkladu je Hallův prvek použit k detekci polohy magnetu.Hallův prvek je uspořádán mezi cívkami a generované napětí je detekováno na základě síly magnetického pole a použito jako informace o poloze.Na výše uvedeném obrázku FDD vřetenového motoru je také vidět, že mezi cívkou a cívkou je Hallův prvek (nad cívkou) pro detekci polohy.

Hallovy prvky jsou dobře známé magnetické senzory.Velikost magnetického pole lze převést na velikost napětí a směr magnetického pole lze vyjádřit jako kladný nebo záporný.Níže je schematický diagram ukazující Hallův jev.

Hallové prvky využívají jevu, že „když proud I_{H protéká polovodičem a magnetický tok B prochází kolmo k proudu, napětí VH}je generován ve směru kolmém na proud a magnetické pole“, objevil tento jev americký fyzik Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) a nazval jej „Hallův efekt“.Výsledné napětí V_Hje reprezentován následujícím vzorcem.

PROTI_H= (K_H/ d)・I_H・B ※K_H: Hallův koeficient, d: tloušťka povrchu pronikání magnetického toku

Jak ukazuje vzorec, čím vyšší je proud, tím vyšší je napětí.Tato funkce se často používá k detekci polohy rotoru (magnetu).

Princip otáčení třífázového plnovlnného bezkomutátorového motoru

Princip otáčení bezkomutátorového motoru bude vysvětlen v následujících krocích ① až ⑥.Pro snadné pochopení jsou zde permanentní magnety zjednodušeny z kruhů na obdélníky.

①

U třífázových cívek se předpokládá, že cívka 1 je upevněna ve směru 12 hodin hodin, cívka 2 je upevněna ve směru 4 hodin hodin a cívka 3 je upevněna ve směru hodinových ručiček. směr 8 hodin hodin.Nechť je N pól 2-pólového permanentního magnetu vlevo a pól S vpravo a lze jej otáčet.

Do cívky 1 teče proud Io pro generování magnetického pole S-pólu vně cívky.Proud Io/2 proudí z cívky 2 a cívky 3 a vytváří N-pólové magnetické pole vně cívky.

Když jsou magnetická pole cívky 2 a cívky 3 vektorizována, generuje se směrem dolů N-pólové magnetické pole, které je 0,5krát větší než magnetické pole generované, když proud Io prochází jednou cívkou, a je 1,5krát větší, když se přidá. k magnetickému poli cívky 1.To vytváří výsledné magnetické pole pod úhlem 90° k permanentnímu magnetu, takže lze generovat maximální točivý moment, permanentní magnet se otáčí ve směru hodinových ručiček.

Když se proud cívky 2 sníží a proud cívky 3 se zvýší podle polohy natočení, výsledné magnetické pole se také otáčí ve směru hodinových ručiček a permanentní magnet také pokračuje v rotaci.

②

Ve stavu otočeném o 30° teče proud Io do cívky 1, proud v cívce 2 je nulový a proud Io teče ven z cívky 3 .

Vnější strana cívky 1 se stává S pólem a vnější strana cívky 3 se stává N pólem.Když jsou vektory kombinovány, výsledné magnetické pole je √3 (≈1,72) násobek magnetického pole vytvořeného, ​​když proud Io prochází cívkou.To také vytváří výsledné magnetické pole pod úhlem 90° k magnetickému poli permanentního magnetu a otáčí se ve směru hodinových ručiček.

Když se přítokový proud Io cívky 1 sníží podle polohy natočení, přítokový proud cívky 2 se zvýší z nuly a výstupní proud cívky 3 se zvýší na Io, výsledné magnetické pole se také otočí ve směru hodinových ručiček, a permanentní magnet také pokračuje v rotaci.

※Za předpokladu, že každý fázový proud je sinusový průběh, je zde aktuální hodnota Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Vektorovou syntézou magnetického pole se celková velikost magnetického pole získá jako ( √ 3⁄2)²× 2 = 1,5 krát.Když je každý fázový proud sinusová vlna, bez ohledu na polohu permanentního magnetu, je velikost vektorového kompozitního magnetického pole 1,5krát větší než magnetické pole generované cívkou a magnetické pole je v relativním úhlu 90°. na magnetické pole permanentního magnetu.

③

Ve stavu pokračujícího otáčení o 30° teče proud Io/2 do cívky 1, proud Io/2 teče do cívky 2 a proud Io teče ven z cívky 3 .

Vnější strana cívky 1 se stává S pólem, vnější strana cívky 2 se také stává S pólem a vnější strana cívky 3 se stává N pólem.Když jsou vektory kombinovány, výsledné magnetické pole je 1,5krát větší než magnetické pole vytvořené, když cívkou protéká proud Io (stejné jako ①).I zde vzniká výsledné magnetické pole pod úhlem 90° vzhledem k magnetickému poli permanentního magnetu a otáčí se ve směru hodinových ručiček.

④～⑥

Otočte stejným způsobem jako ① až ③.

Tímto způsobem, pokud je proud tekoucí do cívky plynule přepínán v pořadí podle polohy permanentního magnetu, bude se permanentní magnet otáčet pevným směrem.Podobně, pokud obrátíte tok proudu a obrátíte výsledné magnetické pole, bude se otáčet proti směru hodinových ručiček.

Obrázek níže nepřetržitě ukazuje proud každé cívky v každém kroku ① až ⑥ výše.Prostřednictvím výše uvedeného úvodu by mělo být možné pochopit vztah mezi změnou proudu a rotací.

krokový motor

Krokový motor je motor, který dokáže přesně řídit úhel otáčení a rychlost v synchronizaci s pulzním signálem.Krokový motor se také nazývá „pulzní motor“.Protože krokové motory mohou dosáhnout přesného polohování pouze prostřednictvím řízení s otevřenou smyčkou bez použití snímačů polohy, jsou široce používány v zařízeních, která vyžadují polohování.

Struktura krokového motoru (dvoufázové bipolární)

Na následujících obrázcích zleva doprava je ukázka vzhledu krokového motoru, schéma vnitřní konstrukce a schéma koncepce konstrukce.

V příkladu vzhledu je uveden vzhled krokového motoru typu HB (Hybrid) a typu PM (Permanent Magnet).Strukturní diagram uprostřed také ukazuje strukturu typu HB a typu PM.

Krokový motor je konstrukce, ve které je cívka upevněna a permanentní magnet se otáčí.Koncepční schéma vnitřní struktury krokového motoru vpravo je příkladem PM motoru využívajícího dvoufázové (dvě sady) cívek.V příkladu základní konstrukce krokového motoru jsou cívky uspořádány na vnější straně a permanentní magnety jsou uspořádány uvnitř.Kromě dvoufázových cívek existují třífázové a pětifázové typy s více fázemi.

Některé krokové motory mají jiné odlišné struktury, ale základní struktura krokového motoru je uvedena v tomto článku, aby se usnadnilo představení jeho pracovního principu.Doufám, že prostřednictvím tohoto článku pochopím, že krokový motor v podstatě přijímá strukturu pevné cívky a rotujícího permanentního magnetu.

Základní princip činnosti krokového motoru (jednofázové buzení)

Následující obrázek slouží k představení základního principu činnosti krokového motoru.Toto je příklad buzení pro každou fázi (soubor cívek) dvoufázové bipolární cívky výše.Předpokladem tohoto diagramu je, že se stav změní z ① na ④.Cívka se skládá z cívky 1 a cívky 2.Kromě toho šipky proudu ukazují směr proudění.

①

• Proud přitéká z levé strany cívky 1 a vytéká z pravé strany cívky 1 .
• Nedovolte, aby proud procházel cívkou 2.
• V tomto okamžiku se vnitřní strana levé cívky 1 změní na N a vnitřní strana pravé cívky 1 se změní na S.
• Proto je permanentní magnet uprostřed přitahován magnetickým polem cívky 1, stává se stavem levého S a pravého N a zastaví se.

  ②

• Proud cívky 1 se zastaví a proud přitéká z horní strany cívky 2 a vytéká ze spodní strany cívky 2.
• Vnitřní strana horní cívky 2 se změní na N a vnitřní strana spodní cívky 2 se změní na S.
• Permanentní magnet je přitahován svým magnetickým polem a zastaví se otočením o 90° ve směru hodinových ručiček.

  ③

• Proud cívky 2 se zastaví a proud přitéká z pravé strany cívky 1 a vytéká z levé strany cívky 1 .
• Vnitřní strana levé cívky 1 se změní na S a vnitřní strana pravé cívky 1 se změní na N.
• Permanentní magnet je přitahován jeho magnetickým polem a zastaví se otočením ve směru hodinových ručiček o dalších 90°.

  ④

• Proud cívky 1 se zastaví a proud přitéká ze spodní strany cívky 2 a vytéká z horní strany cívky 2.
• Vnitřní strana horní cívky 2 se změní na S a vnitřní strana spodní cívky 2 se změní na N.
• Permanentní magnet je přitahován jeho magnetickým polem a zastaví se otočením ve směru hodinových ručiček o dalších 90°.