2) Faktisk roterende motor

Her, som en praktisk metode for å rotere elektriske maskiner, introduseres en metode for å produsere et roterende magnetfelt ved bruk av trefaset vekselstrøm og spoler.
(Trefase AC er et AC-signal med et faseintervall på 120°)

• Det syntetiske magnetfeltet i tilstanden ① ovenfor tilsvarer følgende figur ①.
• Det syntetiske magnetfeltet i tilstanden ② ovenfor tilsvarer ② i figuren nedenfor.
• Det syntetiske magnetfeltet i tilstanden ovenfor ③ tilsvarer følgende figur ③.

Som beskrevet ovenfor er spolen viklet rundt kjernen delt inn i tre faser, og U-fase spolen, V-fase spolen og W-fase spolen er anordnet med intervaller på 120°.Spolen med høy spenning genererer N pol, og spolen med lav spenning genererer S pol.
Siden hver fase endres som en sinusbølge, endres polariteten (N-pol, S-pol) generert av hver spole og dens magnetiske felt (magnetisk kraft).
På dette tidspunktet er det bare å se på spolen som produserer N-polen, og endre rekkefølgen i henhold til U-fasespolen → V-fase spolen → W-fase spolen → U-fase spolen, og roterer derved.

Strukturen til en liten motor

Figuren nedenfor viser den generelle strukturen og sammenligningen av de tre motorene: trinnmotor, børstet likestrømsmotor (DC) og børsteløs likestrømsmotor (DC).De grunnleggende komponentene til disse motorene er hovedsakelig spoler, magneter og rotorer.I tillegg, på grunn av forskjellige typer, er de delt inn i spolefast type og magnetfast type.

Følgende er en beskrivelse av strukturen knyttet til eksempeldiagrammet.Siden det kan være andre strukturer på en mer detaljert basis, vennligst forstå at strukturen beskrevet i denne artikkelen er innenfor et stort rammeverk.

Her er spolen til trinnmotoren festet på utsiden, og magneten roterer på innsiden.

Her er magnetene til den børstede DC-motoren festet på utsiden, og spolene roteres på innsiden.Børstene og kommutatoren er ansvarlige for å levere strøm til spolen og endre retningen på strømmen.

Her er spolen til den børsteløse motoren festet på utsiden, og magneten roterer på innsiden.

På grunn av de forskjellige typene motorer, selv om de grunnleggende komponentene er de samme, er strukturen forskjellig.Spesifikasjonene vil bli forklart i detalj i hver del.

børstet motor

Struktur av børstet motor

Nedenfor ser du hvordan en børstet likestrømsmotor som ofte brukes i modeller ser ut, samt et eksplodert skjema av en vanlig to-polet (2 magneter) tre-spors (3 spoler) motor.Kanskje mange har erfaring med å demontere motoren og ta ut magneten.

Det kan sees at permanentmagnetene til den børstede DC-motoren er faste, og spolene til den børstede DC-motoren kan rotere rundt det indre senteret.Den stasjonære siden kalles "stator" og den roterende siden kalles "rotor".

Det følgende er et skjematisk diagram av strukturen som representerer strukturkonseptet.

Det er tre kommutatorer (bøyde metallplater for strømsvitsjing) på periferien av den roterende sentralaksen.For å unngå kontakt med hverandre er kommutatorene anordnet med et intervall på 120° (360°÷3 stykker).Kommutatoren roterer mens akselen roterer.

En kommutator er koblet sammen med den ene spoleenden og den andre spoleenden, og tre kommutatorer og tre spoler danner en helhet (ring) som et kretsnettverk.

To børster er festet til 0° og 180° for kontakt med kommutatoren.Den eksterne DC-strømforsyningen er koblet til børsten, og strømmen flyter i henhold til banen til børsten → kommutator → spole → børste.

Rotasjonsprinsipp for børstet motor

① Roter mot klokken fra den opprinnelige tilstanden

Spole A er på toppen, koble strømforsyningen til børsten, la venstre være (+) og høyre være (-).En stor strøm flyter fra venstre børste til spole A gjennom kommutatoren.Dette er strukturen der den øvre delen (yttersiden) av spolen A blir til S-polen.

Siden 1/2 av strømmen til spole A flyter fra venstre børste til spole B og spole C i motsatt retning av spole A, blir yttersidene av spole B og spole C svake N-poler (angitt med litt mindre bokstaver i figur).

De magnetiske feltene som skapes i disse spolene og de frastøtende og attraktive effektene til magnetene utsetter spolene for en roterende kraft mot klokken.

② Vri videre mot klokken

Deretter antas det at den høyre børsten er i kontakt med de to kommutatorene i en tilstand hvor spolen A roteres 30° mot klokken.

Strømmen til spole A fortsetter å flyte fra venstre børste til høyre børste, og utsiden av spolen opprettholder S-polen.

Den samme strømmen som spole A flyter gjennom spole B, og utsiden av spole B blir den sterkere N-polen.

Siden begge ender av spolen C er kortsluttet av børstene, flyter ingen strøm og det genereres ikke noe magnetfelt.

Selv i dette tilfellet oppleves en rotasjonskraft mot klokken.

Fra ③ til ④ fortsetter den øvre spolen å motta en kraft til venstre, og den nedre spolen fortsetter å motta en kraft til høyre, og fortsetter å rotere mot klokken

Når spolen roteres til ③ og ④ hver 30°, når spolen er plassert over den sentrale horisontale aksen, blir den ytre siden av spolen S-polen;når spolen er plassert under, blir den N-polen, og denne bevegelsen gjentas.

Med andre ord, den øvre spolen tvinges gjentatte ganger til venstre, og den nedre spolen tvinges flere ganger til høyre (begge mot klokken).Dette holder rotoren i sving mot klokken hele tiden.

Hvis du kobler strøm til motsatte venstre (-) og høyre (+) børster, skapes motsatte magnetiske felt i spolene, så kraften som påføres spolene er også i motsatt retning, og dreier med klokken.

I tillegg, når strømmen er slått av, slutter rotoren til den børstede motoren å rotere fordi det ikke er noe magnetfelt som holder den i gang.

Trefase fullbølge børsteløs motor

Utseende og struktur av trefase fullbølge børsteløs motor

Figuren nedenfor viser et eksempel på utseendet og strukturen til en børsteløs motor.

Til venstre er et eksempel på en spindelmotor som brukes til å spinne en optisk plate i en optisk plateavspillingsenhet.Totalt trefase × 3 totalt 9 spoler.Til høyre er et eksempel på en spindelmotor for en FDD-enhet, med totalt 12 spoler (trefase × 4).Spolen er festet på kretskortet og viklet rundt jernkjernen.

Den skiveformede delen til høyre for spolen er permanentmagnetrotoren.Periferien er en permanent magnet, rotorens aksel er satt inn i den sentrale delen av spolen og dekker spoledelen, og den permanente magneten omgir spolens periferi.

Intern strukturdiagram og spoleforbindelse ekvivalent krets for trefase fullbølge børsteløs motor

Neste er et skjematisk diagram av den interne strukturen og et skjematisk diagram av den ekvivalente kretsen til spoleforbindelsen.

Dette interne diagrammet er et eksempel på en veldig enkel 2-polet (2 magneter) 3-spors (3 spoler) motor.Det ligner på en børstet motorstruktur med samme antall poler og spor, men spolesiden er fast og magnetene kan rotere.Selvfølgelig, ingen børster.

I dette tilfellet er spolen Y-koblet, ved hjelp av et halvlederelement for å forsyne spolen med strøm, og inn- og utstrømningen av strøm styres i henhold til posisjonen til den roterende magneten.I dette eksemplet brukes et Hall-element for å oppdage posisjonen til magneten.Hall-elementet er anordnet mellom spolene, og den genererte spenningen detekteres basert på styrken til magnetfeltet og brukes som posisjonsinformasjon.På bildet av FDD-spindelmotoren gitt tidligere, kan det også ses at det er et Hall-element (over spolen) for posisjonsdeteksjon mellom spolen og spolen.

Hall-elementer er velkjente magnetiske sensorer.Størrelsen på magnetfeltet kan konverteres til størrelsen på spenningen, og retningen til magnetfeltet kan uttrykkes som positiv eller negativ.Nedenfor er et skjematisk diagram som viser Hall-effekten.

Hall-elementer drar nytte av fenomenet at "når en strøm I_{H strømmer gjennom en halvleder og en magnetisk fluks B passerer vinkelrett på strømmen, en spenning VH}genereres i retningen vinkelrett på strømmen og magnetfeltet", den amerikanske fysikeren Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) oppdaget dette fenomenet og kalte det "Hall-effekten".Den resulterende spenningen V_Her representert ved følgende formel.

V_H= (K_H/ d)・I_H・B ※K_H: Hall-koeffisient, d: tykkelse på magnetisk fluksgjennomtrengningsflate

Som formelen viser, jo høyere strøm, jo ​​høyere spenning.Denne funksjonen brukes ofte til å oppdage posisjonen til rotoren (magneten).

Rotasjonsprinsipp for trefase fullbølge børsteløs motor

Rotasjonsprinsippet til den børsteløse motoren vil bli forklart i de følgende trinnene ① til ⑥.For enkel forståelse er permanentmagnetene forenklet fra sirkler til rektangler her.

①

Blant de trefasede spolene antas det at spole 1 er festet i retning klokken 12, spole 2 er festet i retning klokken 4, og spole 3 er festet i klokken. retning klokken 8 på klokken.La N-polen til den 2-polede permanentmagneten være til venstre og S-polen til høyre, og den kan roteres.

En strøm Io føres inn i spolen 1 for å generere et S-polet magnetfelt utenfor spolen.Io/2-strøm er laget for å flyte fra spole 2 og spole 3 for å generere et N-polet magnetfelt utenfor spolen.

Når magnetfeltene til spole 2 og spole 3 vektoriseres, genereres et N-polet magnetfelt nedover, som er 0,5 ganger størrelsen på magnetfeltet som genereres når strømmen Io passerer gjennom én spole, og er 1,5 ganger større når den legges til til magnetfeltet til spole 1.Dette skaper et resulterende magnetfelt i en 90° vinkel til permanentmagneten, slik at maksimalt dreiemoment kan genereres, permanentmagneten roterer med klokken.

Når strømmen til spolen 2 reduseres og strømmen til spolen 3 økes i henhold til rotasjonsposisjonen, roterer det resulterende magnetfeltet også med klokken og permanentmagneten fortsetter også å rotere.

②

I tilstanden rotert med 30°, strømmer strømmen Io inn i spolen 1, strømmen i spolen 2 blir null, og strømmen Io renner ut av spolen 3.

Utsiden av spolen 1 blir S-polen, og utsiden av spolen 3 blir N-polen.Når vektorene kombineres, er det resulterende magnetfeltet √3 (≈1,72) ganger det magnetiske feltet som produseres når strømmen Io passerer gjennom en spole.Dette produserer også et resulterende magnetfelt i en 90° vinkel til permanentmagnetens magnetfelt og roterer med klokken.

Når innstrømningsstrømmen Io til spolen 1 reduseres i henhold til rotasjonsposisjonen, økes innstrømningsstrømmen til spolen 2 fra null, og utløpsstrømmen til spolen 3 økes til Io, roterer det resulterende magnetfeltet også med klokken, og permanentmagneten fortsetter også å rotere.

※Forutsatt at hver fasestrøm er en sinusformet bølgeform, er strømverdien her Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Gjennom vektorsyntesen av magnetfeltet, oppnås den totale magnetfeltstørrelsen som (√ 3⁄2)²× 2=1,5 ganger.Når hver fasestrøm er en sinusbølge, uavhengig av posisjonen til den permanente magneten, er størrelsen på vektorens sammensatte magnetiske felt 1,5 ganger større enn det magnetiske feltet som genereres av en spole, og magnetfeltet er i en 90° vinkel i forhold til til magnetfeltet til permanentmagneten.

③

I tilstanden å fortsette å rotere med 30°, flyter strømmen Io/2 inn i spolen 1, strømmen Io/2 flyter inn i spolen 2, og strømmen Io flyter ut av spolen 3.

Utsiden av spolen 1 blir S-polen, utsiden av spolen 2 blir også S-polen, og utsiden av spolen 3 blir N-polen.Når vektorene kombineres, er det resulterende magnetfeltet 1,5 ganger det magnetiske feltet som produseres når en strøm Io flyter gjennom en spole (samme som ①).Også her genereres et resulterende magnetfelt i en vinkel på 90° i forhold til magnetfeltet til permanentmagneten og roterer med klokken.

④～⑥

Roter på samme måte som ① til ③.

På denne måten, hvis strømmen som strømmer inn i spolen kontinuerlig byttes i sekvens i henhold til posisjonen til permanentmagneten, vil permanentmagneten rotere i en fast retning.På samme måte, hvis du snur strømstrømmen og reverserer det resulterende magnetfeltet, vil det rotere mot klokken.

Figuren nedenfor viser kontinuerlig strømmen til hver spole i hvert trinn ① til ⑥ ovenfor.Gjennom introduksjonen ovenfor skal det være mulig å forstå sammenhengen mellom dagens endring og rotasjon.

trinnmotor

En trinnmotor er en motor som nøyaktig kan kontrollere rotasjonsvinkelen og hastigheten synkronisert med et pulssignal.Trinnmotoren kalles også en "pulsmotor".Fordi trinnmotorer kan oppnå nøyaktig posisjonering kun gjennom åpen sløyfekontroll uten bruk av posisjonssensorer, er de mye brukt i utstyr som krever posisjonering.

Struktur av trinnmotor (to-fase bipolar)

De følgende figurene fra venstre til høyre er et eksempel på utseendet til trinnmotoren, et skjematisk diagram av den interne strukturen og et skjematisk diagram av strukturkonseptet.

I utseendeeksemplet er utseendet til trinnmotoren HB (Hybrid) og PM (Permanent Magnet) type oppgitt.Strukturdiagrammet i midten viser også strukturen til HB-type og PM-type.

En trinnmotor er en struktur der spolen er festet og permanentmagneten roterer.Det konseptuelle diagrammet av den interne strukturen til en trinnmotor til høyre er et eksempel på en PM-motor som bruker tofasede (to sett) spoler.I eksemplet med trinnmotorens grunnleggende struktur er spolene anordnet på utsiden og permanentmagnetene på innsiden.I tillegg til tofasespoler finnes det trefase- og femfasetyper med flere faser.

Noen trinnmotorer har andre forskjellige strukturer, men den grunnleggende strukturen til trinnmotoren er gitt i denne artikkelen for å lette innføringen av arbeidsprinsippet.Gjennom denne artikkelen håper jeg å forstå at trinnmotoren i utgangspunktet vedtar strukturen til fast spole og roterende permanentmagnet.

Grunnleggende arbeidsprinsipp for trinnmotor (enfase eksitasjon)

Følgende figur brukes til å introdusere det grunnleggende arbeidsprinsippet til en trinnmotor.Dette er et eksempel på eksitasjon for hver fase (sett med spoler) av den tofasede bipolare spolen ovenfor.Premisset for dette diagrammet er at tilstanden endres fra ① til ④.Spolen består av henholdsvis spole 1 og spole 2.I tillegg indikerer strømpilene gjeldende strømningsretning.

①

• Strømmen strømmer inn fra venstre side av spolen 1 og strømmer ut fra høyre side av spolen 1 .
• Ikke la strømmen flyte gjennom spole 2.
• På dette tidspunktet blir innsiden av venstre spole 1 N, og innsiden av høyre spole 1 blir S.
• Derfor blir permanentmagneten i midten tiltrukket av magnetfeltet til spolen 1, blir tilstanden til venstre S og høyre N, og stopper.

  ②

• Strømmen til spolen 1 stoppes, og strømmen strømmer inn fra oversiden av spolen 2 og renner ut fra undersiden av spolen 2.
• Den indre siden av den øvre spolen 2 blir N, og den indre siden av den nedre spolen 2 blir S.
• Den permanente magneten tiltrekkes av magnetfeltet og stopper ved å rotere 90° med klokken.

  ③

• Strømmen til spole 2 stoppes, og strømmen går inn fra høyre side av spole 1 og går ut fra venstre side av spole 1.
• Innsiden av venstre spole 1 blir S, og innsiden av høyre spole 1 blir N.
• Den permanente magneten tiltrekkes av magnetfeltet og stopper ved å vri med klokken ytterligere 90°.

  ④

• Strømmen til spolen 1 stoppes, og strømmen strømmer inn fra undersiden av spolen 2 og renner ut fra oversiden av spolen 2.
• Den indre siden av den øvre spolen 2 blir S, og den indre siden av den nedre spolen 2 blir N.
• Den permanente magneten tiltrekkes av magnetfeltet og stopper ved å vri med klokken ytterligere 90°.