2) Aktwal na umiikot na motor

Dito, bilang isang praktikal na paraan ng pag-ikot ng mga electric machine, isang paraan ng paggawa ng umiikot na magnetic field gamit ang three-phase alternating current at coils ay ipinakilala.
(Ang three-phase AC ay isang AC signal na may phase interval na 120°)

• Ang synthetic magnetic field sa itaas ① state ay tumutugma sa sumusunod na figure ①.
• Ang synthetic magnetic field sa estado ② sa itaas ay tumutugma sa ② sa figure sa ibaba.
• Ang synthetic magnetic field sa itaas na estado ③ ay tumutugma sa sumusunod na figure ③.

Tulad ng inilarawan sa itaas, ang coil wound sa paligid ng core ay nahahati sa tatlong phase, at ang U-phase coil, V-phase coil, at W-phase coil ay nakaayos sa pagitan ng 120°. Ang coil na may mataas na boltahe ay bumubuo ng N pole, at ang coil na may mababang boltahe ay bumubuo ng S pole.
Dahil nagbabago ang bawat phase bilang isang sine wave, nagbabago ang polarity (N pole, S pole) na nabuo ng bawat coil at ang magnetic field nito (magnetic force).
Sa oras na ito, tingnan lamang ang coil na gumagawa ng N pole, at baguhin ang pagkakasunud-sunod ayon sa U-phase coil→V-phase coil→W-phase coil→U-phase coil, at sa gayon ay umiikot.

Istraktura ng isang maliit na motor

Ipinapakita ng figure sa ibaba ang pangkalahatang istraktura at paghahambing ng tatlong motor: stepper motor, brushed direct current (DC) motor, at brushless direct current (DC) motor.Ang mga pangunahing bahagi ng mga motor na ito ay pangunahing mga coils, magnet at rotors. Bilang karagdagan, dahil sa iba't ibang uri, nahahati sila sa nakapirming uri ng coil at nakapirming uri ng magnet.

Ang sumusunod ay isang paglalarawan ng istraktura na nauugnay sa halimbawang diagram.Dahil maaaring may iba pang mga istraktura sa isang mas butil na batayan, mangyaring maunawaan na ang istraktura na inilalarawan sa artikulong ito ay nasa loob ng isang malaking balangkas.

Dito, ang coil ng stepper motor ay naayos sa labas, at ang magnet ay umiikot sa loob.

Dito, ang mga magnet ng brushed DC motor ay naayos sa labas, at ang mga coils ay pinaikot sa loob.Ang mga brush at commutator ay responsable para sa pagbibigay ng kapangyarihan sa coil at pagbabago ng direksyon ng kasalukuyang.

Dito, ang coil ng brushless motor ay naayos sa labas, at ang magnet ay umiikot sa loob.

Dahil sa iba't ibang uri ng mga motor, kahit na ang mga pangunahing bahagi ay pareho, ang istraktura ay naiiba.Ang mga detalye ay ipapaliwanag nang detalyado sa bawat seksyon.

brushed na motor

Istraktura ng brushed motor

Sa ibaba ay kung ano ang hitsura ng isang brushed DC motor na kadalasang ginagamit sa mga modelo, pati na rin ang isang sumabog na eskematiko ng isang karaniwang two-pole (2 magnet) na tatlong-slot (3 coils) na uri ng motor.Siguro maraming tao ang may karanasan sa pag-disassemble ng motor at paglabas ng magnet.

Makikita na ang mga permanenteng magnet ng brushed DC motor ay naayos, at ang mga coils ng brushed DC motor ay maaaring paikutin sa paligid ng panloob na sentro.Ang nakatigil na bahagi ay tinatawag na "stator" at ang umiikot na bahagi ay tinatawag na "rotor".

Ang sumusunod ay isang schematic diagram ng istraktura na kumakatawan sa konsepto ng istraktura.

Mayroong tatlong commutators (baluktot na mga sheet ng metal para sa kasalukuyang paglipat) sa paligid ng umiikot na gitnang axis.Upang maiwasan ang pakikipag-ugnayan sa isa't isa, ang mga commutator ay nakaayos sa pagitan ng 120° (360°÷3 piraso).Ang commutator ay umiikot habang umiikot ang baras.

Ang isang commutator ay konektado sa isang dulo ng coil at sa kabilang dulo ng coil, at tatlong commutator at tatlong coils ay bumubuo ng isang buo (ring) bilang isang circuit network.

Dalawang brush ay naayos sa 0° at 180° para makipag-ugnayan sa commutator.Ang panlabas na DC power supply ay konektado sa brush, at ang kasalukuyang daloy ayon sa landas ng brush → commutator → coil → brush.

Prinsipyo ng pag-ikot ng brushed motor

① I-rotate ang counterclockwise mula sa inisyal na estado

Ang Coil A ay nasa itaas, ikonekta ang power supply sa brush, hayaan ang kaliwa ay (+) at ang kanan ay (-).Ang isang malaking kasalukuyang dumadaloy mula sa kaliwang brush papunta sa coil A sa pamamagitan ng commutator.Ito ang istraktura kung saan ang itaas na bahagi (outer side) ng coil A ay nagiging S pole.

Dahil ang 1/2 ng kasalukuyang ng coil A ay dumadaloy mula sa kaliwang brush papunta sa coil B at coil C sa kabaligtaran ng direksyon sa coil A, ang mga panlabas na gilid ng coil B at coil C ay nagiging mahina N pole (ipinapahiwatig ng bahagyang mas maliit na mga titik sa pigura).

Ang mga magnetic field na nilikha sa mga coil na ito at ang nakakasuklam at kaakit-akit na mga epekto ng mga magnet ay sumasailalim sa mga coils sa isang counterclockwise rotating force.

② Lumiko pa counterclockwise

Susunod, ipinapalagay na ang kanang brush ay nakikipag-ugnayan sa dalawang commutators sa isang estado kung saan ang coil A ay pinaikot nang counterclockwise ng 30°.

Ang kasalukuyang ng coil A ay patuloy na dumadaloy mula sa kaliwang brush papunta sa kanang brush, at ang labas ng coil ay nagpapanatili ng S pole.

Ang parehong kasalukuyang bilang Coil A ay dumadaloy sa Coil B, at ang labas ng Coil B ay nagiging mas malakas na N poste.

Dahil ang magkabilang dulo ng coil C ay short-circuited ng mga brush, walang kasalukuyang daloy at walang magnetic field na nabuo.

Kahit na sa kasong ito, isang counterclockwise rotation force ang nararanasan.

Mula ③ hanggang ④, ang upper coil ay patuloy na tumatanggap ng puwersa sa kaliwa, at ang lower coil ay patuloy na tumatanggap ng puwersa sa kanan, at patuloy na umiikot sa counterclockwise

Kapag ang coil ay pinaikot sa ③ at ④ tuwing 30°, kapag ang coil ay nakaposisyon sa itaas ng central horizontal axis, ang panlabas na bahagi ng coil ay nagiging S pole; kapag ang coil ay nakaposisyon sa ibaba, ito ay nagiging N poste, at ang paggalaw na ito ay paulit-ulit.

Sa madaling salita, ang upper coil ay paulit-ulit na pinipilit sa kaliwa, at ang lower coil ay paulit-ulit na pinipilit sa kanan (kapwa sa isang counterclockwise na direksyon).Pinapanatili nito ang rotor na umiikot nang counterclockwise sa lahat ng oras.

Kung ikinonekta mo ang kapangyarihan sa magkasalungat na kaliwa (-) at kanan (+) na mga brush, ang magkasalungat na magnetic field ay nilikha sa mga coils, kaya ang puwersa na inilapat sa mga coils ay nasa kabaligtaran din ng direksyon, na umiikot sa clockwise.

Bilang karagdagan, kapag ang kapangyarihan ay naka-off, ang rotor ng brushed motor ay hihinto sa pag-ikot dahil walang magnetic field upang panatilihin itong umiikot.

Three-phase full-wave brushless motor

Hitsura at istraktura ng three-phase full-wave brushless motor

Ang figure sa ibaba ay nagpapakita ng isang halimbawa ng hitsura at istraktura ng isang brushless motor.

Sa kaliwa ay isang halimbawa ng spindle motor na ginagamit upang paikutin ang isang optical disc sa isang optical disc playback device.Isang kabuuan ng tatlong-phase × 3 kabuuang 9 na coils.Sa kanan ay isang halimbawa ng spindle motor para sa isang FDD device, na may kabuuang 12 coils (three-phase × 4).Ang coil ay naayos sa circuit board at sugat sa paligid ng bakal na core.

Ang hugis-disk na bahagi sa kanan ng coil ay ang permanenteng magnet rotor.Ang periphery ay isang permanenteng magnet, ang baras ng rotor ay ipinasok sa gitnang bahagi ng coil at sumasaklaw sa bahagi ng coil, at ang permanenteng magnet ay pumapalibot sa paligid ng coil.

Internal structure diagram at coil connection equivalent circuit ng three-phase full-wave brushless motor

Susunod ay isang schematic diagram ng panloob na istraktura at isang eskematiko diagram ng katumbas na circuit ng coil connection.

Ang panloob na diagram na ito ay isang halimbawa ng isang napakasimpleng 2-pole (2 magnet) 3-slot (3 coils) na motor.Ito ay katulad ng isang brushed na istraktura ng motor na may parehong bilang ng mga pole at mga puwang, ngunit ang gilid ng coil ay naayos at ang mga magnet ay maaaring paikutin.Siyempre, walang mga brush.

Sa kasong ito, ang coil ay Y-connected, gamit ang isang semiconductor element upang matustusan ang coil na may kasalukuyang, at ang pag-agos at pag-agos ng kasalukuyang ay kinokontrol ayon sa posisyon ng umiikot na magnet.Sa halimbawang ito, ginagamit ang isang elemento ng Hall upang makita ang posisyon ng magnet.Ang elemento ng Hall ay nakaayos sa pagitan ng mga coils, at ang nabuong boltahe ay nakita batay sa lakas ng magnetic field at ginamit bilang impormasyon sa posisyon.Sa larawan ng FDD spindle motor na ibinigay kanina, makikita rin na mayroong Hall element (sa itaas ng coil) para sa position detection sa pagitan ng coil at coil.

Ang mga elemento ng hall ay kilalang magnetic sensor.Ang magnitude ng magnetic field ay maaaring ma-convert sa magnitude ng boltahe, at ang direksyon ng magnetic field ay maaaring ipahayag bilang positibo o negatibo.Nasa ibaba ang isang schematic diagram na nagpapakita ng Hall effect.

Sinasamantala ng mga elemento ng Hall ang kababalaghan na "kapag ang isang kasalukuyang I_{Ang H ay dumadaloy sa isang semiconductor at ang isang magnetic flux B ay dumadaan sa tamang mga anggulo sa kasalukuyang, isang boltahe VH}ay nabuo sa direksyon na patayo sa kasalukuyang at magnetic field", natuklasan ng American physicist na si Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) ang phenomenon na ito at tinawag itong "Hall effect".Ang nagresultang boltahe V_Hay kinakatawan ng sumusunod na formula.

V_H= (K_H/ d)・Ako_H・B ※K_H: Hall coefficient, d: kapal ng magnetic flux penetration surface

Tulad ng ipinapakita ng formula, mas mataas ang kasalukuyang, mas mataas ang boltahe.Ang tampok na ito ay madalas na ginagamit upang makita ang posisyon ng rotor (magnet).

Prinsipyo ng pag-ikot ng three-phase full-wave brushless motor

Ang prinsipyo ng pag-ikot ng brushless motor ay ipapaliwanag sa mga sumusunod na hakbang ① hanggang ⑥.Para sa madaling pag-unawa, ang mga permanenteng magnet ay pinasimple mula sa mga bilog hanggang sa mga parihaba dito.

①

Kabilang sa mga three-phase coils, ipinapalagay na ang coil 1 ay naayos sa direksyon ng 12 o'clock ng orasan, ang coil 2 ay naayos sa direksyon ng 4 o'clock ng orasan, at ang coil 3 ay naayos sa direksyon ng 8 o'clock ng orasan.Hayaang nasa kaliwa ang N pole ng 2-pol permanent magnet at ang S pole sa kanan, at maaari itong paikutin.

Ang isang kasalukuyang Io ay dumadaloy sa coil 1 upang makabuo ng isang S-pole magnetic field sa labas ng coil.Ang kasalukuyang Io/2 ay ginawang dumaloy mula sa Coil 2 at Coil 3 upang makabuo ng isang N-pole magnetic field sa labas ng coil.

Kapag ang magnetic field ng coil 2 at coil 3 ay vectorized, isang N-pole magnetic field ay nabuo pababa, na 0.5 beses ang laki ng magnetic field na nabuo kapag ang kasalukuyang Io ay dumaan sa isang coil, at 1.5 beses na mas malaki kapag idinagdag. sa magnetic field ng coil 1.Lumilikha ito ng resultang magnetic field sa isang 90° anggulo sa permanenteng magnet, kaya ang maximum na torque ay maaaring mabuo, ang permanenteng magnet ay umiikot sa clockwise.

Kapag ang kasalukuyang ng coil 2 ay nabawasan at ang kasalukuyang ng coil 3 ay nadagdagan ayon sa rotational position, ang resultang magnetic field ay umiikot din sa clockwise at ang permanenteng magnet ay patuloy din sa pag-ikot.

②

Sa estado na pinaikot ng 30°, ang kasalukuyang Io ay dumadaloy sa coil 1, ang kasalukuyang nasa coil 2 ay ginawang zero, at ang kasalukuyang Io ay dumadaloy sa labas ng coil 3.

Ang labas ng coil 1 ay nagiging S pole, at ang labas ng coil 3 ay nagiging N pole.Kapag pinagsama ang mga vector, ang nagreresultang magnetic field ay √3 (≈1.72) beses ang magnetic field na ginawa kapag ang kasalukuyang Io ay dumaan sa isang coil.Gumagawa din ito ng resultang magnetic field sa 90° anggulo sa magnetic field ng permanenteng magnet at umiikot nang pakanan.

Kapag ang inflow current Io ng coil 1 ay nabawasan ayon sa rotational position, ang inflow current ng coil 2 ay nadagdagan mula sa zero, at ang outflow current ng coil 3 ay nadagdagan sa Io, ang resultang magnetic field ay umiikot din sa clockwise, at patuloy din ang pag-ikot ng permanenteng magnet.

※Ipagpalagay na ang bawat phase current ay sinusoidal waveform, ang kasalukuyang value dito ay Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Sa pamamagitan ng vector synthesis ng magnetic field, ang kabuuang laki ng magnetic field ay nakuha bilang ( √ 3⁄2)²× 2=1.5 beses.Kapag ang bawat phase current ay isang sine wave, anuman ang posisyon ng permanenteng magnet, ang magnitude ng vector composite magnetic field ay 1.5 beses kaysa sa magnetic field na nabuo ng isang coil, at ang magnetic field ay nasa isang 90° angle relative. sa magnetic field ng permanenteng magnet.

③

Sa estado ng patuloy na pag-ikot ng 30°, ang kasalukuyang Io/2 ay dumadaloy sa coil 1 , ang kasalukuyang Io/2 ay dumadaloy sa coil 2 , at ang kasalukuyang Io ay dumadaloy palabas ng coil 3 .

Ang labas ng coil 1 ay nagiging S pole, ang labas ng coil 2 ay nagiging S pole, at ang labas ng coil 3 ay nagiging N pole.Kapag pinagsama ang mga vector, ang nagreresultang magnetic field ay 1.5 beses ang magnetic field na ginawa kapag ang isang kasalukuyang Io ay dumadaloy sa isang coil (katulad ng ①).Dito, masyadong, ang isang resultang magnetic field ay nabuo sa isang anggulo ng 90° na may paggalang sa magnetic field ng permanenteng magnet at umiikot clockwise.

④～⑥

I-rotate sa parehong paraan tulad ng ① hanggang ③.

Sa ganitong paraan, kung ang kasalukuyang dumadaloy sa coil ay patuloy na inililipat sa pagkakasunud-sunod ayon sa posisyon ng permanenteng magnet, ang permanenteng magnet ay iikot sa isang nakapirming direksyon.Gayundin, kung baligtarin mo ang kasalukuyang daloy at baligtarin ang nagreresultang magnetic field, ito ay iikot sa counterclockwise.

Ang figure sa ibaba ay patuloy na nagpapakita ng agos ng bawat coil sa bawat hakbang ① hanggang ⑥ sa itaas.Sa pamamagitan ng pagpapakilala sa itaas, dapat na posible na maunawaan ang kaugnayan sa pagitan ng kasalukuyang pagbabago at pag-ikot.

stepper motor

Ang stepper motor ay isang motor na tumpak na makokontrol ang anggulo ng pag-ikot at bilis sa pag-synchronize sa isang pulse signal. Ang stepper motor ay tinatawag ding "pulse motor".Dahil ang mga stepper motor ay makakamit lamang ng tumpak na pagpoposisyon sa pamamagitan ng open-loop na kontrol nang hindi gumagamit ng mga sensor ng posisyon, ang mga ito ay malawakang ginagamit sa mga kagamitan na nangangailangan ng pagpoposisyon.

Istraktura ng stepper motor (two-phase bipolar)

Ang mga sumusunod na figure mula kaliwa hanggang kanan ay isang halimbawa ng hitsura ng stepping motor, isang schematic diagram ng panloob na istraktura, at isang schematic diagram ng konsepto ng istraktura.

Sa halimbawa ng hitsura, ang hitsura ng HB (Hybrid) type at PM (Permanent Magnet) type stepping motor ay ibinigay.Ang structure diagram sa gitna ay nagpapakita rin ng structure ng HB type at PM type.

Ang stepping motor ay isang istraktura kung saan ang coil ay naayos at ang permanenteng magnet ay umiikot.Ang konseptwal na diagram ng panloob na istraktura ng isang stepper motor sa kanan ay isang halimbawa ng isang PM motor na gumagamit ng dalawang-phase (dalawang set) ng mga coils.Sa halimbawa ng pangunahing istraktura ng stepping motor, ang mga coils ay nakaayos sa labas at ang mga permanenteng magnet ay nakaayos sa loob.Bilang karagdagan sa mga two-phase coils, mayroong mga three-phase at five-phase na mga uri na may higit pang mga phase.

Ang ilang mga stepper motor ay may iba pang iba't ibang mga istraktura, ngunit ang pangunahing istraktura ng stepper motor ay ibinigay sa artikulong ito upang mapadali ang pagpapakilala ng prinsipyo ng pagtatrabaho nito.Sa pamamagitan ng artikulong ito, inaasahan kong maunawaan na ang stepping motor ay karaniwang pinagtibay ang istraktura ng fixed coil at umiikot na permanenteng magnet.

Pangunahing prinsipyo ng pagtatrabaho ng stepper motor (single-phase excitation)

Ang sumusunod na figure ay ginagamit upang ipakilala ang pangunahing prinsipyo ng pagtatrabaho ng isang stepper motor.Ito ay isang halimbawa ng excitation para sa bawat phase (set ng coils) ng two-phase bipolar coil sa itaas.Ang premise ng diagram na ito ay ang estado ay nagbabago mula ① hanggang ④.Ang coil ay binubuo ng Coil 1 at Coil 2, ayon sa pagkakabanggit.Bilang karagdagan, ang kasalukuyang mga arrow ay nagpapahiwatig ng kasalukuyang direksyon ng daloy.

①

• Ang kasalukuyang dumadaloy mula sa kaliwang bahagi ng coil 1 at umaagos palabas mula sa kanang bahagi ng coil 1 .
• Huwag hayaang dumaloy ang kasalukuyang likid 2.
• Sa oras na ito, ang panloob na bahagi ng kaliwang coil 1 ay nagiging N, at ang panloob na bahagi ng kanang coil 1 ay nagiging S.
• Samakatuwid, ang permanenteng magnet sa gitna ay naaakit ng magnetic field ng coil 1, nagiging estado ng kaliwang S at kanang N, at huminto.

  ②

• Ang kasalukuyang ng coil 1 ay huminto, at ang kasalukuyang dumadaloy mula sa itaas na bahagi ng coil 2 at umaagos palabas mula sa ibabang bahagi ng coil 2 .
• Ang panloob na bahagi ng upper coil 2 ay nagiging N, at ang panloob na bahagi ng lower coil 2 ay nagiging S.
• Ang permanenteng magnet ay naaakit ng magnetic field nito at humihinto sa pamamagitan ng pag-ikot ng 90° clockwise.

  ③

• Ang kasalukuyang ng coil 2 ay huminto, at ang kasalukuyang dumadaloy mula sa kanang bahagi ng coil 1 at umaagos palabas mula sa kaliwang bahagi ng coil 1 .
• Ang panloob na bahagi ng kaliwang coil 1 ay nagiging S, at ang panloob na bahagi ng kanang coil 1 ay nagiging N.
• Ang permanenteng magnet ay naaakit ng magnetic field nito at humihinto sa pamamagitan ng pag-clockwise ng isa pang 90°.

  ④

• Ang kasalukuyang ng coil 1 ay huminto, at ang kasalukuyang dumadaloy mula sa ibabang bahagi ng coil 2 at umaagos palabas mula sa itaas na bahagi ng coil 2 .
• Ang panloob na bahagi ng upper coil 2 ay nagiging S, at ang panloob na bahagi ng lower coil 2 ay nagiging N.
• Ang permanenteng magnet ay naaakit ng magnetic field nito at humihinto sa pamamagitan ng pag-clockwise ng isa pang 90°.