Preskaŭ duono de la tutmonda elektrokonsumo estas konsumita de motoroj. Tial, plibonigi la efikecon de motoroj laŭdire estas la plej efika rimedo por solvi la energiproblemojn de la mondo.
Motora tipo
Ĝenerale, ĝi rilatas al konvertado de la forto generita de la nuna fluo en la magneta kampo en rotacian moviĝon, kaj ĝi ankaŭ inkluzivas linearan moviĝon en larĝa gamo.
Laŭ la tipo de nutrado pelita de la motoro, ĝi povas esti dividita en DC-motoron kaj AC-motoron.Laŭ la principo de motora rotacio, ĝi povas esti proksimume dividita en la jenajn tipojn.(krom specialaj motoroj)
Pri Fluoj, Magnetaj Kampoj kaj Fortoj
Unue, por la oportuno de postaj movaj principoj klarigoj, ni reviziu la bazajn leĝojn/leĝojn pri fluoj, magnetaj kampoj kaj fortoj.Kvankam estas sento de nostalgio, estas facile forgesi ĉi tiun scion se vi ne ofte uzas magnetajn komponantojn.
Ni kombinas bildojn kaj formulojn por ilustri.
Kiam la plumbokadro estas rektangula, la forto aganta sur la fluo estas enkalkulita.
La forto F aganta sur la flankoj a kaj c estas
Generas tordmomanton ĉirkaŭ la centra akso.
Ekzemple, kiam oni konsideras la staton, kie la rotacia angulo estas nurθ, la forto aganta orte al b kaj d estas pekoθ, do la tordmomanto Ta de parto a estas esprimita per la sekva formulo:
Konsiderante parton c en la sama maniero, la tordmomanto estas duobligita kaj donas tordmomanton kalkulitan per:
Ĉar la areo de la rektangulo estas S=h·l, anstataŭigi ĝin en la supran formulon donas la sekvajn rezultojn:
Ĉi tiu formulo funkcias ne nur por rektanguloj, sed ankaŭ por aliaj komunaj formoj kiel cirkloj.Motoroj uzas ĉi tiun principon.
Kiel la motoro turniĝas?
1) La motoro rotacias helpe de magneto, magneta forto
Ĉirkaŭ permanenta magneto kun turnanta ŝafto,① turnas la magneton(por generi rotacian kampon),② laŭ la principo de N kaj S-polusoj altirante kontraŭajn polusojn kaj repuŝantajn samnivele,③ la magneto kun turnanta ŝafto turniĝos.
Ĉi tio estas la baza principo de motorrotacio.
Turnanta magneta kampo (magneta forto) estas generita ĉirkaŭ la drato kiam fluo fluas tra la drato, kaj la magneto rotacias, kio estas fakte la sama funkcia stato.
Krome, kiam la drato estas bobenita en formo de bobeno, la magneta forto estas kombinita, granda magneta kampa fluo (magneta fluo) formiĝas, kaj la N-poluso kaj la S-polo estas generitaj.
Krome, enmetante feran kernon en la volvitan drato, iĝas pli facile por la magneta forto trapasi, kaj pli forta magneta forto povas esti generita.
2) Fakta rotacia motoro
Ĉi tie, kiel praktika metodo de rotaciado de elektraj maŝinoj, estas enkondukata metodo de produktado de turniĝanta magneta kampo per trifaza alterna kurento kaj bobenoj.
(Trifaza AC estas AC-signalo kun fazintervalo de 120°)
- La sinteza magneta kampo en ĉi-supra ① stato respondas al la sekva figuro ①.
- La sinteza magneta kampo en la stato ② supre egalrilatas al ② en la suba figuro.
- La sinteza magneta kampo en la supra stato ③ respondas al la sekva figuro ③.
Kiel priskribite supre, la bobeno ĉirkaŭ la kerno estas dividita en tri fazojn, kaj la U-faza bobeno, V-faza bobeno kaj W-faza bobeno estas aranĝitaj je intervaloj de 120°. La bobeno kun alta tensio generas N-polon, kaj la bobeno kun malalta tensio generas S-polon.
Ĉar ĉiu fazo ŝanĝiĝas kiel sinusondo, la poluseco (N-polo, S-polo) generita per ĉiu bobeno kaj ĝia magneta kampo (magneta forto) ŝanĝiĝas.
Ĉi-momente, nur rigardu la bobenon, kiu produktas la N-polon, kaj ŝanĝu sinsekve laŭ la U-faza bobeno→V-faza bobeno→W-faza bobeno→U-faza bobeno, tiel rotaciante.
Strukturo de malgranda motoro
La malsupra figuro montras la ĝeneralan strukturon kaj komparon de la tri motoroj: paŝomotoro, brosis rekta kurento (DC) motoro, kaj brushless rekta kurento (DC) motoro.La bazaj komponantoj de ĉi tiuj motoroj estas ĉefe bobenoj, magnetoj kaj rotoroj. Krome, pro malsamaj tipoj, ili estas dividitaj en bobenan fiksan tipon kaj magnetan fiksan tipon.
La sekvanta estas priskribo de la strukturo asociita kun la ekzempla diagramo.Ĉar povas esti aliaj strukturoj sur pli grajneca bazo, bonvolu kompreni, ke la strukturo priskribita en ĉi tiu artikolo estas en granda kadro.
Ĉi tie, la bobeno de la paŝomotoro estas fiksita ekstere, kaj la magneto turniĝas interne.
Ĉi tie, la magnetoj de la brosita DC-motoro estas fiksitaj ekstere, kaj la bobenoj estas turnitaj interne.La brosoj kaj komutilo respondecas pri liverado de potenco al la bobeno kaj ŝanĝado de la direkto de la fluo.
Ĉi tie, la bobeno de la senbrosa motoro estas fiksita ekstere, kaj la magneto turniĝas interne.
Pro la malsamaj specoj de motoroj, eĉ se la bazaj komponantoj estas la samaj, la strukturo estas malsama.La specifaĵoj estos klarigitaj detale en ĉiu sekcio.
brosita motoro
Strukturo de brosita motoro
Malsupre estas kiel brosita DC-motoro ofte uzata en modeloj aspektas, same kiel eksplodita skemo de ofta dupolusa (2 magnetoj) tri-fenda (3 bobenoj) tipo motoro.Eble multaj homoj havas la sperton malmunti la motoron kaj elpreni la magneton.
Oni povas vidi, ke la permanentaj magnetoj de la brosita DC-motoro estas fiksitaj, kaj la bobenoj de la brosita DC-motoro povas turni ĉirkaŭ la interna centro.La senmova flanko estas nomita "statoro" kaj la turnanta flanko estas nomita "rotoro".
La sekvanta estas skema diagramo de la strukturo reprezentanta la strukturkoncepton.
Estas tri komutiloj (fleksitaj metalaj folioj por nuna ŝaltilo) sur la periferio de la rotacia centra akso.Por eviti kontakton unu kun la alia, la komutiloj estas aranĝitaj je intervalo de 120° (360°÷3 pecoj).La komutilo rotacias kiel la ŝafto rotacias.
Unu komutilo estas ligita kun unu bobenfinaĵo kaj la alia bobenfinaĵo, kaj tri komutiloj kaj tri bobenoj formas tuton (ringo) kiel cirkvitoreto.
Du brosoj estas fiksitaj je 0° kaj 180° por kontakto kun la komutilo.La ekstera DC nutrado estas konektita al la broso, kaj la kurento fluas laŭ la vojo de la broso → komutilo → bobeno → broso.
Rotacia principo de brosita motoro
① Turnu maldekstrume de la komenca stato
Bobeno A estas supre, konektu la nutradon al la peniko, lasu la maldekstran (+) kaj la dekstren (-).Granda kurento fluas de la maldekstra broso al bobeno A tra la komutilo.Ĉi tiu estas la strukturo en kiu la supra parto (ekstera flanko) de la bobeno A iĝas la S-polo.
Ĉar 1/2 el la fluo de bobeno A fluas de la maldekstra peniko al bobeno B kaj bobeno C en la kontraŭa direkto al bobeno A, la eksteraj flankoj de bobeno B kaj bobeno C iĝas malfortaj N-polusoj (indikitaj per iomete pli malgrandaj literoj en la figuro).
La magnetaj kampoj kreitaj en tiuj bobenoj kaj la forpuŝaj kaj allogaj efikoj de la magnetoj submetas la bobenojn al maldekstrume rotacia forto.
② Plu turnu sin maldekstrume
Poste, estas supozite ke la dekstra broso estas en kontakto kun la du komutiloj en stato kie la bobeno A estas rotaciita maldekstrume je 30°.
La fluo de bobeno A daŭre fluas de la maldekstra broso al la dekstra broso, kaj la ekstero de la bobeno konservas la S-polon.
La sama fluo kiel Bobeno A fluas tra Bobeno B, kaj la ekstero de Bobeno B iĝas la pli forta N-polo.
Ĉar ambaŭ finoj de la bobeno C estas fuŝkontaktigitaj per la brosoj, neniuj kurentofluoj kaj neniu magneta kampo estas generitaj.
Eĉ ĉi-kaze oni spertas kontraŭhorloĝan rotacian forton.
De ③ al ④, la supra bobeno daŭre ricevas forton maldekstren, kaj la malsupra bobeno daŭre ricevas forton dekstren, kaj daŭre rotacias maldekstrume.
Kiam la bobeno estas turnita al ③ kaj ④ ĉiujn 30°, kiam la bobeno estas poziciigita super la centra horizontala akso, la ekstera flanko de la bobeno iĝas la S-polo; kiam la bobeno estas poziciigita malsupre, ĝi iĝas la N-polo, kaj tiu movado estas ripetita.
Alivorte, la supra bobeno estas plurfoje devigita maldekstren, kaj la malsupra bobeno estas plurfoje devigita dekstren (ambaŭ en maldekstruma direkto).Ĉi tio tenas la rotoron turniĝanta kontraŭhorloĝe la tutan tempon.
Se vi konektas potencon al la kontraŭaj maldekstraj (-) kaj dekstraj (+) brosoj, kontraŭaj magnetaj kampoj kreiĝas en la bobenoj, do la forto aplikita al la bobenoj ankaŭ estas en la kontraŭa direkto, turnante dekstrume.
Krome, kiam la potenco estas malŝaltita, la rotoro de la brosita motoro ĉesas rotacii ĉar ne ekzistas magneta kampo por teni ĝin turniĝi.
Trifaza plen-onda senbrosa motoro
Apero kaj strukturo de trifaza plen-onda senbrosa motoro
La suba figuro montras ekzemplon de la aspekto kaj strukturo de senbrosa motoro.
Maldekstre estas ekzemplo de spindelmotoro uzata por ŝpini optikan diskon en optika disko-reprodukta aparato.Entute trifazaj × 3 entute 9 bobenoj.Dekstre estas ekzemplo de spindelmotoro por FDD-aparato, kun entute 12 bobenoj (trifazaj × 4).La bobeno estas fiksita sur la cirkvito kaj bobenita ĉirkaŭ la ferkerno.
La diskoforma parto dekstre de la bobeno estas la permanenta magnetrotoro.La periferio estas permanenta magneto, la ŝafto de la rotoro estas enigita en la centran parton de la bobeno kaj kovras la bobenan parton, kaj la permanenta magneto ĉirkaŭas la periferion de la bobeno.
Interna strukturo-diagramo kaj bobena konekto ekvivalenta cirkvito de trifaza plen-onda senbrosa motoro
Poste estas skema diagramo de la interna strukturo kaj skema diagramo de la ekvivalenta cirkvito de la bobena konekto.
Ĉi tiu interna diagramo estas ekzemplo de tre simpla 2-polusa (2 magnetoj) 3-fenda (3 bobenoj) motoro.Ĝi similas al brosita motora strukturo kun la sama nombro da polusoj kaj fendoj, sed la bobenflanko estas fiksita kaj la magnetoj povas rotacii.Kompreneble, neniuj brosoj.
En ĉi tiu kazo, la bobeno estas Y-konektita, uzante duonkonduktaĵon por provizi la bobenon per kurento, kaj la enfluo kaj elfluo de kurento estas kontrolitaj laŭ la pozicio de la turnanta magneto.En ĉi tiu ekzemplo, Hall-elemento estas uzata por detekti la pozicion de la magneto.La Hall-elemento estas aranĝita inter la bobenoj, kaj la generita tensio estas detektita surbaze de la forto de la magneta kampo kaj utiligita kiel poziciinformo.En la bildo de la FDD-spindelmotoro donita pli frue, povas ankaŭ esti vidite ke ekzistas Hall-elemento (super la bobeno) por poziciodetekto inter la bobeno kaj la bobeno.
Halelementoj estas konataj magnetaj sensiloj.La grandeco de la kampo povas esti konvertita en la grandecon de la tensio, kaj la direkto de la kampo povas esti esprimita kiel pozitiva aŭ negativa.Malsupre estas skema diagramo montranta la Hall-efikon.
Halelementoj profitas la fenomenon, ke “kiam fluo IH fluas tra duonkonduktaĵo kaj magneta fluo B pasas orte al la kurento, tensio VHestas generita en la direkto perpendikulara al la fluo kaj la magneta kampo", usona fizikisto Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) malkovris ĉi tiun fenomenon kaj nomis ĝin la "Hala efiko".La rezulta tensio VHestas reprezentita per la sekva formulo.
VH= (KH/ d)・MiH・B ※KH: Hall-koeficiento, d: dikeco de magneta fluo penetra surfaco
Kiel la formulo montras, ju pli alta la fluo, des pli alta la tensio.Ĉi tiu funkcio ofte estas uzata por detekti la pozicion de la rotoro (magneto).
Rotacia principo de trifaza plen-onda senbrosa motoro
La rotacia principo de la senbrosa motoro estos klarigita en la sekvaj paŝoj ① al ⑥.Por facila kompreno, la permanentaj magnetoj estas simpligitaj de cirkloj al rektanguloj ĉi tie.
①
Inter la trifazaj bobenoj, oni supozas, ke bobeno 1 estas fiksita en la direkto de la 12-a horo de la horloĝo, bobeno 2 estas fiksita en la direkto de la 4-a horo de la horloĝo, kaj bobeno 3 estas fiksita en la direkto de la 8-a horo de la horloĝo.Estu la N-polo de la 2-polusa permanenta magneto maldekstre kaj la S-poluso dekstre, kaj ĝi povas esti turnita.
Kurento Io estas fluita en la bobenon 1 por generi S-polusa magneta kampo ekster la bobeno.Io/2-fluo estas igita flui de Bobeno 2 kaj Bobeno 3 por generi N-polusa kampo ekster la bobeno.
Kiam la kampoj de bobeno 2 kaj bobeno 3 estas vektorigitaj, N-polusa magneta kampo estas generita malsupren, kiu estas 0,5 fojojn la grandeco de la magneta kampo generita kiam la nuna Io pasas tra unu bobeno, kaj estas 1,5 fojojn pli granda kiam aldonite. al la magneta kampo de bobeno 1.Tio kreas rezultan kampon laŭ 90° angulo al la permanenta magneto, tiel ke maksimuma tordmomanto povas esti generita, la permanenta magneto rotacias dekstrume.
Kiam la kurento de bobeno 2 estas malpliigita kaj la fluo de bobeno 3 pliiĝas laŭ la rotacia pozicio, la rezulta magneta kampo ankaŭ turniĝas dekstrume kaj la permanenta magneto ankaŭ daŭre turniĝas.
②
En la stato turnita je 30°, la kurento Io fluas en la bobenon 1 , la kurento en la bobeno 2 fariĝas nulo, kaj la kurento Io fluas el la bobeno 3 .
La ekstero de la bobeno 1 iĝas la S-polo, kaj la ekstero de la bobeno 3 iĝas la N-polo.Kiam la vektoroj estas kombinitaj, la rezulta magneta kampo estas √3 (≈1.72) fojojn la kampo produktita kiam la nuna Ioo pasas tra bobeno.Tio ankaŭ produktas rezultan kampon laŭ 90° angulo al la magneta kampo de la permanenta magneto kaj rotacias dekstrume.
Kiam la enflua kurento Io de la bobeno 1 estas malpliigita laŭ la rotacia pozicio, la enflua fluo de la bobeno 2 pliiĝas de nulo, kaj la elflua kurento de la bobeno 3 estas pliigita al Io, la rezulta magneta kampo ankaŭ turniĝas dekstrume, kaj la permanenta magneto ankaŭ daŭre turniĝas.
※Suponante ke ĉiu faza fluo estas sinusoida ondoformo, la nuna valoro ĉi tie estas Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Per la vektora sintezo de la kampo, la totala magneta kampo grandeco estas akirita kiel ( √ 3⁄2)2× 2=1,5 fojojn.Kiam ĉiu faza kurento estas sinusondo, sendepende de la pozicio de la permanenta magneto, la grandeco de la vektora kunmetita kampo estas 1,5 fojojn tiu de la kampo generita per bobeno, kaj la kampo estas je 90° angulo relativa. al la magneta kampo de la permanenta magneto.
③
En la stato de daŭre rotacii je 30°, la kurento Io/2 fluas en la bobenon 1 , la kurento Io/2 fluas en la bobenon 2 , kaj la kurento Io fluas el la bobeno 3 .
La ekstero de la bobeno 1 iĝas la S-polo, la ekstero de la bobeno 2 ankaŭ iĝas la S-polo, kaj la ekstero de la bobeno 3 iĝas la N-polo.Kiam la vektoroj estas kombinitaj, la rezulta kampo estas 1,5 fojojn la kampo produktita kiam fluo Io fluas tra bobeno (same kiel ①).Ĉi tie ankaŭ rezulta magneta kampo estas generita laŭ angulo de 90° rilate al la magneta kampo de la permanenta magneto kaj turniĝas dekstrume.
④～⑥
Rotaciu same kiel ① al ③.
Tiamaniere, se la kurento fluanta en la bobenon estas senĉese ŝanĝita en sinsekvo laŭ la pozicio de la permanenta magneto, la permanenta magneto turniĝos en fiksa direkto.Same, se vi inversigas la nunan fluon kaj inversigas la rezultan magnetan kampon, ĝi turniĝos maldekstrume.
La malsupra figuro ade montras la fluon de ĉiu bobeno en ĉiu paŝo ① al ⑥ supre.Per la ĉi-supra enkonduko, devus ebli kompreni la rilaton inter nuna ŝanĝo kaj rotacio.
paŝomotoro
Paŝomotoro estas motoro, kiu povas precize kontroli la rotacian angulon kaj rapidecon en sinkronigado kun pulssignalo. La paŝomotoro ankaŭ estas nomita "pulsa motoro".Ĉar paŝaj motoroj povas atingi precizan poziciigon nur per malferma bukla kontrolo sen la uzo de poziciaj sensiloj, ili estas vaste uzataj en ekipaĵo, kiu postulas poziciigon.
Strukturo de paŝomotoro (dufaza dupolusa)
La sekvaj figuroj de maldekstre dekstren estas ekzemplo de la aspekto de la paŝmotoro, skema diagramo de la interna strukturo, kaj skema diagramo de la strukturkoncepto.
En la apero ekzemplo, la aspekto de HB (Hibrida) tipo kaj PM (Permanenta Magneto) tipo paŝmotoro estas donita.La strukturdiagramo en la mezo ankaŭ montras la strukturon de HB-tipo kaj PM-tipo.
Paŝmotoro estas strukturo en kiu la bobeno estas fiksita kaj la permanenta magneto rotacias.La koncipa diagramo de la interna strukturo de paŝomotoro dekstre estas ekzemplo de PM-motoro uzanta dufazan (du arojn) de bobenoj.En la ekzemplo de la baza strukturo de la paŝmotoro, la bobenoj estas aranĝitaj ekstere kaj la permanentaj magnetoj estas aranĝitaj interne.Krom dufazaj bobenoj, ekzistas trifazaj kaj kvinfazaj tipoj kun pli da fazoj.
Iuj paŝmotoroj havas aliajn malsamajn strukturojn, sed la baza strukturo de la paŝmotoro estas donita en ĉi tiu artikolo por faciligi la enkondukon de sia funkcia principo.Per ĉi tiu artikolo, mi esperas kompreni, ke la paŝmotoro esence adoptas la strukturon de fiksa bobeno kaj turniĝanta permanenta magneto.
Baza funkcia principo de paŝomotoro (unufaza ekscito)
La sekva figuro estas uzata por enkonduki la bazan funkcian principon de paŝomotoro.Tio estas ekzemplo de ekscito por ĉiu fazo (aro de bobenoj) de la dufaza dupolusa bobeno supre.La kondiĉo de ĉi tiu diagramo estas ke la stato ŝanĝiĝas de ① al ④.La bobeno konsistas el Bobeno 1 kaj Bobeno 2, respektive.Krome, la nunaj sagoj indikas la nunan fluodirekton.
①
- La kurento enfluas de la maldekstra flanko de la bobeno 1 kaj elfluas de la dekstra flanko de la bobeno 1 .
- Ne lasu fluon flui tra la bobeno 2.
- Ĉe tiu tempo, la interna flanko de la maldekstra bobeno 1 iĝas N, kaj la interna flanko de la dekstra bobeno 1 iĝas S.
- Tial, la konstanta magneto en la mezo estas altirita de la magneta kampo de la bobeno 1, iĝas la stato de la maldekstra S kaj la dekstra N, kaj haltas.
②
- La kurento de la bobeno 1 estas haltigita, kaj la kurento enfluas de la supra flanko de la bobeno 2 kaj elfluas de la malsupra flanko de la bobeno 2 .
- La interna flanko de la supra bobeno 2 iĝas N, kaj la interna flanko de la malsupra bobeno 2 iĝas S.
- La permanenta magneto estas altirita de sia magneta kampo kaj haltas per turnado 90° dekstrume.
③
- La fluo de bobeno 2 estas haltigita, kaj la kurento enfluas de la dekstra flanko de bobeno 1 kaj elfluas de la maldekstra flanko de bobeno 1 .
- La interna flanko de la maldekstra bobeno 1 iĝas S, kaj la interna flanko de la dekstra bobeno 1 iĝas N.
- La konstanta magneto estas altirita de sia magneta kampo kaj haltas turnante dekstrume pliajn 90°.
④
- La kurento de la bobeno 1 estas haltigita, kaj la kurento enfluas de la malsupra flanko de la bobeno 2 kaj elfluas de la supra flanko de la bobeno 2 .
- La interna flanko de la supra bobeno 2 iĝas S, kaj la interna flanko de la malsupra bobeno 2 iĝas N.
- La konstanta magneto estas altirita de sia magneta kampo kaj haltas turnante dekstrume pliajn 90°.
Afiŝtempo: Jul-09-2022