2) Стварни ротирајући мотор

Овде се, као практичан метод обртних електричних машина, уводи метода производње ротирајућег магнетног поља коришћењем трофазне наизменичне струје и калемова.
(Трофазни АЦ је АЦ сигнал са фазним интервалом од 120°)

• Синтетичко магнетно поље у горњем ① стању одговара следећој слици ①.
• Синтетичко магнетно поље у стању ② изнад одговара ② на слици испод.
• Синтетичко магнетно поље у горњем стању ③ одговара следећој слици ③.

Као што је горе описано, калем намотан око језгра је подељен у три фазе, а У-фазни калем, В-фазни калем и В-фазни калем су распоређени у интервалима од 120°. Завојница са високим напоном генерише Н пол, а завојница са ниским напоном ствара С пол.
Пошто се свака фаза мења као синусни талас, мењају се поларитет (Н пол, С пол) који генерише сваки калем и његово магнетно поље (магнетна сила).
У овом тренутку, само погледајте калем који производи Н пол и промените редослед према калем У-фазе→В-фазни калем→В-фазни калем→У-фазни калем, чиме се ротирате.

Структура малог мотора

На слици испод приказана је општа структура и поређење три мотора: корачни мотор, брушени мотор једносмерне струје (ДЦ) и мотор једносмерне струје без четкица (ДЦ).Основне компоненте ових мотора су углавном калемови, магнети и ротори. Поред тога, због различитих типова, деле се на фиксни тип намотаја и фиксни тип магнета.

Следи опис структуре повезане са примером дијаграма.Будући да могу постојати и друге структуре на грануларнијим основама, имајте на уму да је структура описана у овом чланку унутар великог оквира.

Овде је завојница корачног мотора фиксирана споља, а магнет ротира изнутра.

Овде су магнети брушеног ДЦ мотора фиксирани споља, а калемови су ротирани изнутра.Четке и комутатор су одговорни за напајање завојнице и промену правца струје.

Овде је калем мотора без четкица фиксиран споља, а магнет ротира изнутра.

Због различитих типова мотора, чак и ако су основне компоненте исте, структура је другачија.Специфичности ће бити детаљно објашњене у сваком одељку.

брушени мотор

Структура брушеног мотора

Испод је како изгледа брушени ДЦ мотор који се често користи у моделима, као и експлодирана шема уобичајеног двополног (2 магнета) мотора са три утора (3 намотаја).Можда многи људи имају искуство растављања мотора и вађења магнета.

Може се видети да су трајни магнети брушеног ДЦ мотора фиксирани, а завојнице брушеног ДЦ мотора могу да се ротирају око унутрашњег центра.Стационарна страна се назива „статор“, а ротирајућа страна се назива „ротор“.

Следи шематски дијаграм структуре који представља концепт структуре.

На периферији ротирајуће централне осе налазе се три комутатора (савијени метални лимови за струјно пребацивање).Да би се избегао међусобни контакт, комутатори су распоређени на размаку од 120° (360°÷3 комада).Комутатор се окреће како се осовина окреће.

Један комутатор је повезан са једним крајем намотаја и другим крајем намотаја, а три комутатора и три намотаја чине целину (прстен) као мрежу кола.

Две четке су фиксиране на 0° и 180° за контакт са комутатором.Спољно једносмерно напајање је повезано са четкицом, а струја тече према путањи четкице → комутатора → калем → четкица.

Принцип ротације брушеног мотора

① Ротирајте у смеру супротном од казаљке на сату од почетног стања

Завојница А је на врху, прикључите напајање на четкицу, нека лева буде (+), а десна (-).Велика струја тече од леве четке до намотаја А кроз комутатор.Ово је структура у којој горњи део (спољна страна) завојнице А постаје С пол.

Пошто 1/2 струје завојнице А тече од леве четке до завојнице Б и завојнице Ц у супротном смеру од намотаја А, спољне стране завојнице Б и завојнице Ц постају слаби Н полови (означени нешто мањим словима у фигура).

Магнетна поља створена у овим калемовима и одбојни и привлачни ефекти магнета подвргавају завојнице ротирајућој сили у супротном смеру казаљке на сату.

② Окрените даље у смеру супротном од казаљке на сату

Затим се претпоставља да је десна четкица у контакту са два комутатора у стању у коме је калем А ротиран у смеру супротном од казаљке на сату за 30°.

Струја завојнице А наставља да тече од леве четке до десне четкице, а спољашња страна завојнице одржава С пол.

Иста струја као завојница А тече кроз завојницу Б, а спољашња страна завојнице Б постаје јачи Н пол.

Пошто су оба краја завојнице Ц кратко спојена четкицама, струја не тече и не ствара се магнетно поље.

Чак иу овом случају, осећа се сила ротације у смеру супротном од казаљке на сату.

Од ③ до ④, горњи калем наставља да прима силу улево, а доњи калем наставља да прима силу удесно и наставља да се ротира у смеру супротном од казаљке на сату

Када се калем ротира на ③ и ④ сваких 30°, када је калем постављен изнад централне хоризонталне осе, спољна страна завојнице постаје С пол; када се калем постави испод, он постаје Н пол и ово кретање се понавља.

Другим речима, горњи калем се више пута гура улево, а доњи намотај више пута удесно (обоје у смеру супротном од казаљке на сату).Ово одржава ротор да се врти у супротном смеру казаљке на сату све време.

Ако повежете напајање на супротну леву (-) и десну (+) четкицу, у намотајима се стварају супротна магнетна поља, тако да је сила примењена на завојнице такође у супротном смеру, окрећући се у смеру казаљке на сату.

Поред тога, када се напајање искључи, ротор брушеног мотора престаје да се окреће јер нема магнетног поља које би га одржало да се окреће.

Трофазни пуноталасни мотор без четкица

Изглед и структура трофазног пуноталасног мотора без четкица

На слици испод приказан је пример изгледа и структуре мотора без четкица.

На левој страни је пример мотора вретена који се користи за окретање оптичког диска у уређају за репродукцију оптичког диска.Укупно трофазни × 3 укупно 9 намотаја.Десно је пример вретенастог мотора за ФДД уређај, са укупно 12 намотаја (трофазни × 4).Завојница је фиксирана на плочи и намотана око гвозденог језгра.

Део у облику диска десно од завојнице је ротор перманентног магнета.Периферија је трајни магнет, осовина ротора је уметнута у централни део завојнице и покрива део завојнице, а трајни магнет окружује периферију завојнице.

Шема унутрашње структуре и еквивалентно коло за повезивање завојнице трофазног пуноталасног мотора без четкица

Следи шематски дијаграм унутрашње структуре и шематски дијаграм еквивалентног кола везе завојнице.

Овај интерни дијаграм је пример веома једноставног 2-полног (2 магнета) 3-слота (3 намотаја) мотора.Слично је брушеној структури мотора са истим бројем полова и утора, али је страна завојнице фиксирана и магнети могу да се ротирају.Наравно, без четкица.

У овом случају, завојница је И-повезана, користећи полупроводнички елемент за напајање завојнице струјом, а доток и одлив струје се контролише у складу са положајем ротирајућег магнета.У овом примеру, Холов елемент се користи за детекцију положаја магнета.Холов елемент је распоређен између калемова, а генерисани напон се детектује на основу јачине магнетног поља и користи се као информација о положају.На слици ФДД мотора вретена датој раније, такође се може видети да постоји Холов елемент (изнад завојнице) за детекцију положаја између завојнице и завојнице.

Халл елементи су познати магнетни сензори.Величина магнетног поља се може претворити у величину напона, а смер магнетног поља може се изразити као позитиван или негативан.Испод је шематски дијаграм који приказује Холов ефекат.

Холови елементи користе предност феномена да „када струја И_{Х тече кроз полупроводник и магнетни флукс Б пролази под правим углом у односу на струју, напон ВH}се генерише у правцу који је управан на струју и магнетно поље“, амерички физичар Едвин Херберт Хол (Едвин Херберт Халл) открио је овај феномен и назвао га „Халов ефекат”.Добијени напон В_Hпредстављен је следећом формулом.

В_H= (К_H/ д)・И_H・Б ※К_H: Холов коефицијент, д: дебљина површине продора магнетног флукса

Као што формула показује, што је струја већа, то је већи напон.Ова карактеристика се често користи за откривање положаја ротора (магнета).

Принцип ротације трофазног пуноталасног мотора без четкица

Принцип ротације мотора без четкица биће објашњен у следећим корацима од ① до ⑥.Ради лакшег разумевања, трајни магнети су овде поједностављени од кругова до правоугаоника.

①

Међу трофазним калемовима, претпоставља се да је калем 1 фиксиран у правцу 12 часова сата, калем 2 фиксиран у правцу 4 сата сата, а калем 3 фиксиран у смер 8 часова сата.Нека је Н пол 2-полног перманентног магнета на левој, а С пол на десној страни, и може се ротирати.

Струја Ио се улива у калем 1 да би се створило магнетно поље С-пола изван завојнице.Ио/2 струја је направљена да тече из завојнице 2 и завојнице 3 како би се створило Н-полно магнетно поље изван завојнице.

Када су магнетна поља завојнице 2 и завојнице 3 векторизована, Н-полно магнетно поље се генерише надоле, које је 0,5 пута веће од магнетног поља које се ствара када струја Ио прође кроз један калем, и 1,5 пута је веће када се дода на магнетно поље завојнице 1.Ово ствара резултујуће магнетно поље под углом од 90° у односу на трајни магнет, тако да се може створити максимални обртни момент, а перманентни магнет се ротира у смеру казаљке на сату.

Када се струја намотаја 2 смањи и струја намотаја 3 повећа у складу са ротационим положајем, резултујуће магнетно поље такође ротира у смеру казаљке на сату и перманентни магнет такође наставља да ротира.

②

У стању заокренутом за 30°, струја Ио тече у калем 1, струја у калему 2 постаје нула, а струја Ио тече из завојнице 3.

Спољашња страна завојнице 1 постаје С пол, а спољашња страна завојнице 3 постаје Н пол.Када се вектори комбинују, резултујуће магнетно поље је √3 (≈1,72) пута магнетног поља произведеног када струја Ио пролази кроз калем.Ово такође производи резултујуће магнетно поље под углом од 90° у односу на магнетно поље трајног магнета и ротира се у смеру казаљке на сату.

Када се улазна струја Ио завојнице 1 смањи у складу са ротационим положајем, улазна струја завојнице 2 се повећава од нуле, а излазна струја завојнице 3 се повећа на Ио, резултујуће магнетно поље такође ротира у смеру казаљке на сату, а стални магнет такође наставља да ротира.

※Под претпоставком да је свака фазна струја синусоидални таласни облик, вредност струје овде је Ио × син(π⁄3)=Ио × √3⁄2 Кроз векторску синтезу магнетног поља, укупна величина магнетног поља се добија као ( √ 3⁄2)²× 2=1,5 пута.Када је свака фазна струја синусни талас, без обзира на положај трајног магнета, величина векторског композитног магнетног поља је 1,5 пута већа од магнетног поља које генерише завојница, а магнетно поље је под углом од 90° у односу на на магнетно поље сталног магнета.

③

У стању да наставља да се ротира за 30°, струја Ио/2 тече у калем 1, струја Ио/2 тече у калем 2, а струја Ио тече из завојнице 3.

Спољашња страна намотаја 1 постаје С пол, спољашња страна намотаја 2 такође постаје С пол, а спољашња страна намотаја 3 постаје Н пол.Када се вектори комбинују, резултујуће магнетно поље је 1,5 пута веће од магнетног поља произведеног када струја Ио тече кроз калем (исто као ①).И овде се резултујуће магнетно поље генерише под углом од 90° у односу на магнетно поље трајног магнета и ротира се у смеру казаљке на сату.

④～⑥

Ротирајте на исти начин као ① до ③.

На овај начин, ако се струја која тече у завојницу непрекидно мења у низу у складу са положајем трајног магнета, перманентни магнет ће се ротирати у фиксном смеру.Слично, ако обрнете струјни ток и обрнете резултујуће магнетно поље, оно ће се ротирати у супротном смеру казаљке на сату.

Слика испод континуирано приказује струју сваке завојнице у сваком кораку ① до ⑥ изнад.Кроз горњи увод, требало би да буде могуће разумети однос између тренутне промене и ротације.

корачни мотор

Корачни мотор је мотор који може прецизно контролисати угао ротације и брзину у синхронизацији са импулсним сигналом. Корачни мотор се такође назива „пулсни мотор“.Пошто корачни мотори могу постићи тачно позиционирање само кроз контролу отворене петље без употребе сензора положаја, они се широко користе у опреми која захтева позиционирање.

Структура корачног мотора (двофазни биполарни)

Следеће слике са лева на десно су пример изгледа корачног мотора, шематски дијаграм унутрашње структуре и шематски дијаграм концепта структуре.

У примеру изгледа дат је изглед корачног мотора типа ХБ (Хибрид) и ПМ (Перманентни магнет).Структурни дијаграм у средини такође приказује структуру типа ХБ и типа ПМ.

Корачни мотор је структура у којој је калем фиксиран и стални магнет ротира.Концептуални дијаграм унутрашње структуре корачног мотора на десној страни је пример ПМ мотора који користи двофазни (два сета) калемова.У примеру основне структуре корачног мотора, калемови су распоређени споља, а трајни магнети су распоређени изнутра.Поред двофазних намотаја, постоје трофазни и петофазни типови са више фаза.

Неки корачни мотори имају друге различите структуре, али основна структура корачног мотора је дата у овом чланку како би се олакшало увођење његовог принципа рада.Надам се да ћу кроз овај чланак схватити да корачни мотор у основи усваја структуру фиксног намотаја и ротирајућег трајног магнета.

Основни принцип рада корачног мотора (монофазна побуда)

Следећа слика се користи да представи основни принцип рада корачног мотора.Ово је пример побуде за сваку фазу (скуп калемова) двофазног биполарног намотаја изнад.Претпоставка овог дијаграма је да се стање мења од ① до ④.Завојница се састоји од завојнице 1 и завојнице 2, респективно.Поред тога, тренутне стрелице указују на смер тока струје.

①

• Струја улази са леве стране намотаја 1 и излази са десне стране намотаја 1.
• Не дозволите да струја тече кроз калем 2.
• У овом тренутку, унутрашња страна левог калема 1 постаје Н, а унутрашња страна десног калема 1 постаје С.
• Дакле, стални магнет у средини привлачи магнетно поље завојнице 1, постаје стање левог С и десног Н и зауставља се.

  ②

• Струја намотаја 1 је заустављена, а струја улази са горње стране намотаја 2 и излази са доње стране намотаја 2.
• Унутрашња страна горњег намотаја 2 постаје Н, а унутрашња страна доњег намотаја 2 постаје С.
• Трајни магнет привлачи своје магнетно поље и зауставља се ротацијом за 90° у смеру казаљке на сату.

  ③

• Струја намотаја 2 се зауставља, а струја улази са десне стране намотаја 1 и излази са леве стране намотаја 1.
• Унутрашња страна левог калема 1 постаје С, а унутрашња страна десног намотаја 1 постаје Н.
• Стални магнет привлачи своје магнетно поље и зауставља се окретањем у смеру казаљке на сату за још 90°.

  ④

• Струја намотаја 1 се зауставља, а струја улази са доње стране завојнице 2 и излази са горње стране завојнице 2.
• Унутрашња страна горњег намотаја 2 постаје С, а унутрашња страна доњег намотаја 2 постаје Н.
• Стални магнет привлачи своје магнетно поље и зауставља се окретањем у смеру казаљке на сату за још 90°.