2) Werkelijke roterende motor

Hier wordt, als praktische methode voor het roteren van elektrische machines, een methode geïntroduceerd voor het produceren van een roterend magnetisch veld met behulp van driefasige wisselstroom en spoelen.
(Driefasige AC is een AC-signaal met een fase-interval van 120°)

• Het synthetische magnetische veld in de bovenstaande ① toestand komt overeen met de volgende afbeelding ①.
• Het synthetische magnetische veld in de toestand ② hierboven komt overeen met ② in de onderstaande figuur.
• Het synthetische magnetische veld in de bovenstaande toestand ③ komt overeen met de volgende afbeelding ③.

Zoals hierboven beschreven, is de rond de kern gewikkelde spoel verdeeld in drie fasen, en zijn de U-fasespoel, de V-fasespoel en de W-fasespoel gerangschikt met intervallen van 120°. De spoel met hoge spanning genereert de N-pool en de spoel met lage spanning genereert de S-pool.
Omdat elke fase verandert als een sinusgolf, veranderen de polariteit (N-pool, S-pool) gegenereerd door elke spoel en het magnetische veld (magnetische kracht) ervan.
Kijk op dit moment gewoon naar de spoel die de N-pool produceert, en verander in volgorde volgens de U-fase spoel → V-fase spoel → W-fase spoel → U-fase spoel, en roteer daarbij.

Structuur van een kleine motor

De onderstaande afbeelding toont de algemene structuur en vergelijking van de drie motoren: stappenmotor, geborstelde gelijkstroommotor (DC) en borstelloze gelijkstroommotor (DC).De basiscomponenten van deze motoren zijn voornamelijk spoelen, magneten en rotoren. Bovendien zijn ze, vanwege de verschillende typen, onderverdeeld in een vast spoeltype en een vast magneettype.

Het volgende is een beschrijving van de structuur die bij het voorbeelddiagram hoort.Omdat er mogelijk andere structuren zijn op een meer gedetailleerde basis, moet u er begrip voor hebben dat de structuur die in dit artikel wordt beschreven zich binnen een groot raamwerk bevindt.

Hierbij zit de spoel van de stappenmotor aan de buitenkant vast en draait de magneet aan de binnenkant.

Hierbij zijn de magneten van de geborstelde gelijkstroommotor aan de buitenkant bevestigd en worden de spoelen aan de binnenkant gedraaid.De borstels en de commutator zijn verantwoordelijk voor het leveren van stroom aan de spoel en het veranderen van de richting van de stroom.

Hierbij is de spoel van de borstelloze motor aan de buitenkant bevestigd en draait de magneet aan de binnenkant.

Vanwege de verschillende soorten motoren is de structuur anders, ook al zijn de basiscomponenten hetzelfde.De details worden in elke sectie gedetailleerd uitgelegd.

geborstelde motor

Structuur van geborstelde motor

Hieronder ziet u hoe een geborstelde gelijkstroommotor die vaak in modellen wordt gebruikt eruit ziet, evenals een uiteengenomen schema van een gewone tweepolige (2 magneten) motor met drie sleuven (3 spoelen).Misschien hebben veel mensen de ervaring van het demonteren van de motor en het verwijderen van de magneet.

Het is te zien dat de permanente magneten van de geborstelde gelijkstroommotor vast zijn en dat de spoelen van de geborstelde gelijkstroommotor rond het binnenste midden kunnen draaien.De stationaire zijde wordt “stator” genoemd en de roterende zijde wordt “rotor” genoemd.

Het volgende is een schematisch diagram van de structuur die het structuurconcept vertegenwoordigt.

Er zijn drie commutatoren (gebogen metalen platen voor stroomschakeling) aan de omtrek van de roterende centrale as.Om contact met elkaar te vermijden, zijn de commutatoren op een afstand van 120° geplaatst (360° ÷ 3 stuks).De commutator draait terwijl de as draait.

Eén commutator is verbonden met het ene spoeluiteinde en het andere spoeluiteinde, en drie commutatoren en drie spoelen vormen een geheel (ring) als een circuitnetwerk.

Twee borstels zijn vastgezet op 0° en 180° voor contact met de commutator.De externe gelijkstroomvoeding is aangesloten op de borstel en de stroom vloeit volgens het pad van de borstel → commutator → spoel → borstel.

Rotatieprincipe van geborstelde motor

① Draai tegen de klok in vanuit de begintoestand

Spoel A zit bovenaan, sluit de voeding aan op de borstel, laat links (+) en rechts (-) zijn.Er vloeit een grote stroom van de linkerborstel naar spoel A via de commutator.Dit is de structuur waarin het bovenste deel (buitenkant) van spoel A de S-pool wordt.

Omdat de helft van de stroom van spoel A van de linkerborstel naar spoel B en spoel C in de tegenovergestelde richting van spoel A vloeit, worden de buitenzijden van spoel B en spoel C zwakke N-polen (aangegeven door iets kleinere letters in de figuur).

De magnetische velden die in deze spoelen worden gecreëerd en de afstotende en aantrekkelijke effecten van de magneten onderwerpen de spoelen aan een rotatiekracht tegen de klok in.

② Draai verder tegen de klok in

Vervolgens wordt aangenomen dat de rechterborstel in contact is met de twee commutatoren in een toestand waarin de spoel A 30° tegen de klok in wordt gedraaid.

De stroom van spoel A blijft van de linkerborstel naar de rechterborstel stromen, en de buitenkant van de spoel houdt de S-pool vast.

Dezelfde stroom als spoel A stroomt door spoel B, en de buitenkant van spoel B wordt de sterkere N-pool.

Omdat beide uiteinden van de spoel C door de borstels worden kortgesloten, vloeit er geen stroom en wordt er geen magnetisch veld gegenereerd.

Zelfs in dit geval wordt een rotatiekracht tegen de klok in ervaren.

Van ③ tot ④ blijft de bovenste spoel een kracht naar links ontvangen, en de onderste spoel blijft een kracht naar rechts ontvangen, en blijft tegen de klok in draaien

Wanneer de spoel elke 30° naar ③ en ④ wordt gedraaid, wanneer de spoel boven de centrale horizontale as wordt geplaatst, wordt de buitenkant van de spoel de S-pool; wanneer de spoel eronder wordt geplaatst, wordt deze de N-pool en deze beweging wordt herhaald.

Met andere woorden, de bovenste spoel wordt herhaaldelijk naar links gedwongen, en de onderste spoel wordt herhaaldelijk naar rechts gedwongen (beide tegen de klok in).Hierdoor draait de rotor de hele tijd tegen de klok in.

Als u stroom aansluit op de tegenovergestelde linker (-) en rechter (+) borstels, worden er tegengestelde magnetische velden in de spoelen gecreëerd, zodat de kracht die op de spoelen wordt uitgeoefend ook in de tegenovergestelde richting is, met de klok mee.

Bovendien stopt de rotor van de borstelmotor met draaien wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, omdat er geen magnetisch veld is dat hem laat draaien.

Borstelloze driefasige dubbelgolfmotor

Uiterlijk en structuur van een driefasige full-wave borstelloze motor

De onderstaande figuur toont een voorbeeld van het uiterlijk en de structuur van een borstelloze motor.

Links ziet u een voorbeeld van een spilmotor die wordt gebruikt om een ​​optische schijf in een afspeelapparaat voor optische schijven te laten draaien.Een totaal van driefasige × 3 in totaal 9 spoelen.Aan de rechterkant ziet u een voorbeeld van een spilmotor voor een FDD-apparaat, met in totaal 12 spoelen (driefasig × 4).De spoel wordt op de printplaat bevestigd en rond de ijzeren kern gewikkeld.

Het schijfvormige deel rechts van de spoel is de permanente magneetrotor.De omtrek is een permanente magneet, de as van de rotor wordt in het centrale deel van de spoel gestoken en bedekt het spoelgedeelte, en de permanente magneet omringt de omtrek van de spoel.

Intern structuurdiagram en spoelaansluiting equivalent circuit van driefasige dubbelzijdige borstelloze motor

Hierna volgt een schematisch diagram van de interne structuur en een schematisch diagram van het equivalente circuit van de spoelverbinding.

Dit interne schema is een voorbeeld van een zeer eenvoudige 2-polige (2 magneten) 3-slots (3 spoelen) motor.Het is vergelijkbaar met een geborstelde motorstructuur met hetzelfde aantal polen en sleuven, maar de spoelzijde is vast en de magneten kunnen draaien.Natuurlijk geen borstels.

In dit geval is de spoel Y-verbonden, waarbij gebruik wordt gemaakt van een halfgeleiderelement om de spoel van stroom te voorzien, en wordt de in- en uitstroom van stroom geregeld afhankelijk van de positie van de roterende magneet.In dit voorbeeld wordt een Hall-element gebruikt om de positie van de magneet te detecteren.Het Hall-element is tussen de spoelen aangebracht en de gegenereerde spanning wordt gedetecteerd op basis van de sterkte van het magnetische veld en gebruikt als positie-informatie.In de eerder gegeven afbeelding van de FDD-spilmotor is ook te zien dat er een Hall-element (boven de spoel) zit voor positiedetectie tussen de spoel en de spoel.

Hall-elementen zijn bekende magnetische sensoren.De grootte van het magnetische veld kan worden omgezet in de grootte van de spanning, en de richting van het magnetische veld kan worden uitgedrukt als positief of negatief.Hieronder ziet u een schematisch diagram dat het Hall-effect laat zien.

Hall-elementen profiteren van het fenomeen dat “wanneer een huidige I_{H stroomt door een halfgeleider en een magnetische flux B passeert loodrecht op de stroom, een spanning VH}wordt gegenereerd in de richting loodrecht op de stroom en het magnetische veld“, ontdekte de Amerikaanse natuurkundige Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) dit fenomeen en noemde het het “Hall-effect”.De resulterende spanning V_Hwordt weergegeven door de volgende formule.

V_H= (K_H/ d)・Ik_H・B ※K_H: Hall-coëfficiënt, d: dikte van het penetratieoppervlak van de magnetische flux

Zoals de formule laat zien: hoe hoger de stroom, hoe hoger de spanning.Deze functie wordt vaak gebruikt om de positie van de rotor (magneet) te detecteren.

Rotatieprincipe van driefasige borstelloze motor met volledige golf

Het rotatieprincipe van de borstelloze motor wordt uitgelegd in de volgende stappen ① tot ⑥.Voor een beter begrip zijn de permanente magneten hier vereenvoudigd van cirkels naar rechthoeken.

①

Van de driefasige spoelen wordt aangenomen dat spoel 1 is gefixeerd in de richting van 12 uur van de klok, spoel 2 is gefixeerd in de richting van 4 uur van de klok en spoel 3 is gefixeerd in de richting van 12 uur van de klok. richting 8 uur van de klok.Laat de N-pool van de 2-polige permanente magneet links zitten en de S-pool rechts, dan is deze draaibaar.

Er wordt een stroom Io in de spoel 1 geleid om een ​​magnetisch veld met de S-pool buiten de spoel op te wekken.Er wordt Io/2-stroom uit spoel 2 en spoel 3 geleid om een ​​N-pool magnetisch veld buiten de spoel te genereren.

Wanneer de magnetische velden van spoel 2 en spoel 3 worden gevectoriseerd, wordt een N-pool magnetisch veld naar beneden gegenereerd, dat 0,5 keer zo groot is als het magnetische veld dat wordt gegenereerd wanneer de stroom Io door één spoel gaat, en 1,5 keer groter als het wordt opgeteld aan het magnetische veld van spoel 1.Hierdoor ontstaat een magnetisch veld in een hoek van 90° ten opzichte van de permanente magneet, waardoor een maximaal koppel kan worden gegenereerd; de permanente magneet draait met de klok mee.

Wanneer de stroom van spoel 2 wordt verlaagd en de stroom van spoel 3 wordt vergroot afhankelijk van de rotatiepositie, roteert het resulterende magnetische veld ook met de klok mee en blijft de permanente magneet ook roteren.

②

In de over 30° gedraaide toestand stroomt de stroom Io in de spoel 1, wordt de stroom in de spoel 2 nul gemaakt en stroomt de stroom Io uit de spoel 3.

De buitenkant van de spoel 1 wordt de S-pool en de buitenkant van de spoel 3 wordt de N-pool.Wanneer de vectoren worden gecombineerd, is het resulterende magnetische veld √3 (≈1,72) maal het magnetische veld dat wordt geproduceerd wanneer de stroom Io door een spoel gaat.Dit produceert ook een resulterend magnetisch veld in een hoek van 90 ° ten opzichte van het magnetische veld van de permanente magneet en draait met de klok mee.

Wanneer de instroomstroom Io van spoel 1 wordt verlaagd volgens de rotatiepositie, wordt de instroomstroom van spoel 2 verhoogd van nul en wordt de uitstroomstroom van spoel 3 verhoogd naar Io, het resulterende magnetische veld roteert ook met de klok mee, en de permanente magneet blijft ook draaien.

※Ervan uitgaande dat elke fasestroom een ​​sinusoïdale golfvorm is, is de huidige waarde hier Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2. Door de vectorsynthese van het magnetische veld wordt de totale magnetische veldgrootte verkregen als ( √ 3⁄2)²× 2=1,5 keer.Wanneer elke fasestroom een ​​sinusgolf is, ongeacht de positie van de permanente magneet, is de grootte van het vectorsamengestelde magnetische veld 1,5 maal die van het magnetische veld dat door een spoel wordt gegenereerd, en bevindt het magnetische veld zich in een hoek van 90° ten opzichte van aan het magnetische veld van de permanente magneet.

③

In de toestand waarin het 30° blijft draaien, stroomt de stroom Io/2 in de spoel 1, de stroom Io/2 in de spoel 2 en de stroom Io uit de spoel 3.

De buitenkant van de spoel 1 wordt de S-pool, de buitenkant van de spoel 2 wordt ook de S-pool en de buitenkant van de spoel 3 wordt de N-pool.Wanneer de vectoren worden gecombineerd, is het resulterende magnetische veld 1,5 maal het magnetische veld dat wordt geproduceerd wanneer een stroom Io door een spoel vloeit (hetzelfde als ①).Ook hier wordt een resulterend magnetisch veld gegenereerd onder een hoek van 90° ten opzichte van het magnetische veld van de permanente magneet en draait het met de klok mee.

④~⑥

Draai op dezelfde manier als ① tot ③.

Op deze manier zal, als de stroom die in de spoel vloeit continu in volgorde wordt geschakeld, afhankelijk van de positie van de permanente magneet, de permanente magneet in een vaste richting roteren.Op dezelfde manier, als je de stroom omkeert en het resulterende magnetische veld omkeert, zal het tegen de klok in draaien.

De onderstaande afbeelding toont continu de stroom van elke spoel in elke stap ① tot ⑥ hierboven.Via de bovenstaande inleiding zou het mogelijk moeten zijn om de relatie tussen huidige verandering en rotatie te begrijpen.

stappenmotor

Een stappenmotor is een motor die de rotatiehoek en snelheid nauwkeurig kan regelen, synchroon met een pulssignaal. De stappenmotor wordt ook wel “pulsmotor” genoemd.Omdat stappenmotoren alleen een nauwkeurige positionering kunnen bereiken via open-lusregeling zonder het gebruik van positiesensoren, worden ze veel gebruikt in apparatuur die positionering vereist.

Structuur van stappenmotor (tweefasig bipolair)

De volgende figuren van links naar rechts zijn een voorbeeld van het uiterlijk van de stappenmotor, een schematisch diagram van de interne structuur en een schematisch diagram van het structuurconcept.

In het uiterlijkvoorbeeld wordt het uiterlijk van een stappenmotor van het HB-type (hybride) en het PM-type (permanente magneet) gegeven.Het structuurdiagram in het midden toont ook de structuur van het HB-type en het PM-type.

Een stappenmotor is een structuur waarin de spoel vastzit en de permanente magneet roteert.Het conceptuele diagram van de interne structuur van een stappenmotor aan de rechterkant is een voorbeeld van een PM-motor die tweefasige (twee sets) spoelen gebruikt.In het voorbeeld van de basisstructuur van de stappenmotor zijn de spoelen aan de buitenkant aangebracht en de permanente magneten aan de binnenkant.Naast tweefasige spoelen zijn er driefasige en vijffasige typen met meer fasen.

Sommige stappenmotoren hebben andere structuren, maar de basisstructuur van de stappenmotor wordt in dit artikel gegeven om de introductie van het werkingsprincipe te vergemakkelijken.Door dit artikel hoop ik te begrijpen dat de stappenmotor in principe de structuur aanneemt van een vaste spoel en een roterende permanente magneet.

Basiswerkingsprincipe van stappenmotor (eenfasige excitatie)

De volgende afbeelding wordt gebruikt om het basiswerkingsprincipe van een stappenmotor te introduceren.Dit is een voorbeeld van excitatie voor elke fase (set spoelen) van de tweefasige bipolaire spoel hierboven.Het uitgangspunt van dit diagram is dat de toestand verandert van ① naar ④.De spoel bestaat respectievelijk uit spoel 1 en spoel 2.Bovendien geven de stroompijlen de huidige stroomrichting aan.

①

• De stroom vloeit in vanaf de linkerkant van de spoel 1 en vloeit uit via de rechterkant van de spoel 1.
• Zorg ervoor dat er geen stroom door spoel 2 vloeit.
• Op dit moment wordt de binnenkant van de linkerspoel 1 N, en de binnenkant van de rechterspoel 1 wordt S.
• Daarom wordt de permanente magneet in het midden aangetrokken door het magnetische veld van spoel 1, wordt de toestand van de linker S en de rechter N, en stopt.

  ②

• De stroom van de spoel 1 wordt gestopt, en de stroom vloeit naar binnen vanaf de bovenkant van de spoel 2 en stroomt naar buiten vanaf de onderkant van de spoel 2.
• De binnenkant van de bovenste spoel 2 wordt N, en de binnenkant van de onderste spoel 2 wordt S.
• De permanente magneet wordt aangetrokken door zijn magnetisch veld en stopt door 90° met de klok mee te draaien.

  ③

• De stroom van spoel 2 wordt gestopt en de stroom vloeit naar binnen vanaf de rechterkant van spoel 1 en vloeit vanuit de linkerkant van spoel 1 naar buiten.
• De binnenkant van de linker spoel 1 wordt S, en de binnenkant van de rechter spoel 1 wordt N.
• De permanente magneet wordt aangetrokken door zijn magnetisch veld en stopt door nog eens 90° met de klok mee te draaien.

  ④

• De stroom van de spoel 1 wordt gestopt, en de stroom vloeit naar binnen vanaf de onderkant van de spoel 2 en stroomt naar buiten vanaf de bovenkant van de spoel 2.
• De binnenkant van de bovenste spoel 2 wordt S, en de binnenkant van de onderste spoel 2 wordt N.
• De permanente magneet wordt aangetrokken door zijn magnetisch veld en stopt door nog eens 90° met de klok mee te draaien.