2) Stvarni rotirajući motor

Ovdje se, kao praktična metoda rotirajućih električnih strojeva, uvodi metoda proizvodnje rotirajućeg magnetnog polja korištenjem trofazne naizmjenične struje i zavojnica.
(Trofazni AC je AC signal sa faznim intervalom od 120°)

• Sintetičko magnetsko polje u gornjem ① stanju odgovara sljedećoj slici ①.
• Sintetičko magnetno polje u gornjem stanju ② odgovara ② na donjoj slici.
• Sintetičko magnetsko polje u gornjem stanju ③ odgovara sljedećoj slici ③.

Kao što je gore opisano, zavojnica namotana oko jezgre je podijeljena u tri faze, a zavojnica U-faze, V-fazna zavojnica i W-fazna zavojnica raspoređeni su u intervalima od 120°.Zavojnica sa visokim naponom stvara N pol, a zavojnica sa niskim naponom stvara S pol.
Budući da se svaka faza mijenja kao sinusni val, mijenjaju se polaritet (N pol, S pol) koji generiše svaka zavojnica i njeno magnetsko polje (magnetna sila).
U ovom trenutku, samo pogledajte zavojnicu koja proizvodi N pol i promijenite redoslijed prema U-fazni namotaj→V-fazni kalem→W-fazni kalem→U-fazni kalem, tako da se rotirate.

Struktura malog motora

Slika ispod prikazuje opštu strukturu i poređenje tri motora: koračni motor, motor jednosmerne struje (DC) i motor jednosmerne struje bez četkica (DC).Osnovne komponente ovih motora su uglavnom zavojnice, magneti i rotori.Osim toga, zbog različitih tipova, dijele se na fiksni tip zavojnice i tip fiksnog magneta.

Slijedi opis strukture povezane s primjerom dijagrama.Budući da mogu postojati i druge strukture na granularnijim osnovama, imajte na umu da je struktura opisana u ovom članku unutar velikog okvira.

Ovdje je zavojnica koračnog motora fiksirana izvana, a magnet rotira iznutra.

Ovdje su magneti brušenog DC motora fiksirani izvana, a zavojnice su rotirane iznutra.Četke i komutator su odgovorni za napajanje zavojnice i promjenu smjera struje.

Ovdje je zavojnica motora bez četkica fiksirana izvana, a magnet rotira iznutra.

Zbog različitih tipova motora, čak i ako su osnovne komponente iste, struktura je drugačija.Specifičnosti će biti detaljno objašnjene u svakom odeljku.

brušeni motor

Struktura brušenog motora

Ispod je kako izgleda brušeni DC motor koji se često koristi u modelima, kao i eksplodirana šema uobičajenog dvopolnog (2 magneta) motora sa tri utora (3 zavojnice).Možda mnogi ljudi imaju iskustvo rastavljanja motora i vađenja magneta.

Može se vidjeti da su trajni magneti brušenog DC motora fiksirani, a zavojnice brušenog DC motora mogu rotirati oko unutrašnjeg centra.Stacionarna strana se naziva "stator", a rotirajuća strana se naziva "rotor".

Slijedi šematski dijagram strukture koji predstavlja koncept strukture.

Na periferiji rotirajuće centralne ose nalaze se tri komutatora (savijeni metalni limovi za strujno prebacivanje).Kako bi se izbjegao međusobni kontakt, komutatori su raspoređeni u razmaku od 120° (360°÷3 komada).Komutator se okreće kako se osovina okreće.

Jedan komutator je povezan sa jednim krajem zavojnice i drugim krajem zavojnice, a tri komutatora i tri zavojnice čine celinu (prsten) kao mrežu kola.

Dvije četke su fiksirane na 0° i 180° za kontakt sa komutatorom.Eksterno napajanje jednosmernom strujom je povezano sa četkicom, a struja teče prema putanji četkice → komutatora → zavojnice → četkice.

Princip rotacije brušenog motora

① Rotirajte u smjeru suprotnom od kazaljke na satu od početnog stanja

Zavojnica A je na vrhu, spojite napajanje na četkicu, neka lijeva bude (+), a desna (-).Velika struja teče od lijeve četke do zavojnice A kroz komutator.Ovo je struktura u kojoj gornji dio (spoljna strana) zavojnice A postaje S pol.

Budući da 1/2 struje zavojnice A teče od lijeve četke do zavojnice B i zavojnice C u suprotnom smjeru od zavojnice A, vanjske strane zavojnice B i zavojnice C postaju slabi N polovi (označeni nešto manjim slovima u figura).

Magnetna polja stvorena u ovim zavojnicama i odbojni i privlačni efekti magneta izlažu zavojnice rotirajućoj sili u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

② Okrenite dalje u smjeru suprotnom od kazaljke na satu

Zatim se pretpostavlja da je desna četkica u kontaktu sa dva komutatora u stanju u kojem je zavojnica A rotirana u smjeru suprotnom od kazaljke na satu za 30°.

Struja zavojnice A nastavlja teći od lijeve četke do desne četke, a vanjska strana zavojnice održava S pol.

Ista struja kao zavojnica A teče kroz zavojnicu B, a van zavojnice B postaje jači N pol.

Pošto su oba kraja zavojnice C kratko spojena četkicama, struja ne teče i ne stvara se magnetsko polje.

Čak iu ovom slučaju dolazi do sile rotacije u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Od ③ do ④, gornji kalem nastavlja da prima silu ulijevo, a donji namotaj nastavlja da prima silu udesno i nastavlja da se rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Kada se zavojnica rotira na ③ i ④ svakih 30°, kada je zavojnica postavljena iznad središnje horizontalne ose, vanjska strana zavojnice postaje S pol;kada je zavojnica postavljena ispod, postaje N pol i ovo kretanje se ponavlja.

Drugim riječima, gornji kalem se više puta tjera ulijevo, a donji se više puta gura udesno (oboje u smjeru suprotnom od kazaljke na satu).Ovo održava rotor da se stalno okreće suprotno od kazaljke na satu.

Ako spojite napajanje na suprotne lijeve (-) i desne (+) četke, u zavojnicama se stvaraju suprotna magnetna polja, tako da je sila koja se primjenjuje na zavojnice također u suprotnom smjeru, okrećući se u smjeru kazaljke na satu.

Osim toga, kada se napajanje isključi, rotor brušenog motora prestaje da se okreće jer nema magnetnog polja koje bi ga održalo da se okreće.

Trofazni punovalni motor bez četkica

Izgled i struktura trofaznog punovalnog motora bez četkica

Slika ispod prikazuje primjer izgleda i strukture motora bez četkica.

Na lijevoj strani je primjer motora vretena koji se koristi za okretanje optičkog diska u uređaju za reprodukciju optičkog diska.Ukupno trofazni × 3 ukupno 9 zavojnica.Desno je primjer vretenastog motora za FDD uređaj, sa ukupno 12 zavojnica (trofazni × 4).Zavojnica je pričvršćena na pločicu i namotana oko željezne jezgre.

Dio u obliku diska desno od zavojnice je rotor permanentnog magneta.Periferija je trajni magnet, osovina rotora je umetnuta u središnji dio zavojnice i pokriva dio zavojnice, a permanentni magnet okružuje periferiju zavojnice.

Unutarnji strukturni dijagram i ekvivalentni krug spoja zavojnice trofaznog punovalnog motora bez četkica

Sljedeći je shematski dijagram unutrašnje strukture i shematski dijagram ekvivalentnog kruga veze zavojnice.

Ovaj interni dijagram je primjer vrlo jednostavnog 2-polnog (2 magneta) 3-slota (3 zavojnice) motora.Sličan je strukturi brušenog motora s istim brojem polova i utora, ali je strana zavojnice fiksirana i magneti se mogu rotirati.Naravno, bez četkica.

U ovom slučaju, zavojnica je Y-povezana, koristeći poluvodički element za napajanje zavojnice strujom, a dotok i odliv struje se kontrolira u skladu s položajem rotirajućeg magneta.U ovom primjeru, Hallov element se koristi za detekciju položaja magneta.Holov element je raspoređen između zavojnica, a generisani napon se detektuje na osnovu jačine magnetnog polja i koristi se kao informacija o položaju.Na slici FDD vretena motora datoj ranije, također se može vidjeti da postoji Hallov element (iznad zavojnice) za detekciju položaja između zavojnice i zavojnice.

Hall elementi su poznati magnetni senzori.Veličina magnetnog polja može se pretvoriti u veličinu napona, a smjer magnetskog polja može se izraziti kao pozitivan ili negativan.Ispod je šematski dijagram koji prikazuje Hallov efekat.

Hall elementi iskorištavaju fenomen da „kada struja I_{H teče kroz poluvodič, a magnetni tok B prolazi pod pravim uglom na struju, napon VH}generira se u smjeru okomitom na struju i magnetsko polje“, američki fizičar Edvin Herbert Hol (Edwin Herbert Hall) otkrio je ovaj fenomen i nazvao ga “Halov efekat”.Rezultirajući napon V_Hpredstavljen je sljedećom formulom.

V_H= (K_H/ d)・I_H・B ※K_H: Halov koeficijent, d: debljina površine prodiranja magnetnog fluksa

Kao što formula pokazuje, što je struja veća, to je veći napon.Ova karakteristika se često koristi za otkrivanje položaja rotora (magneta).

Princip rotacije trofaznog punovalnog motora bez četkica

Princip rotacije motora bez četkica će biti objašnjen u sljedećim koracima ① do ⑥.Radi lakšeg razumijevanja, trajni magneti su ovdje pojednostavljeni od krugova do pravokutnika.

①

Među trofaznim namotajima, pretpostavlja se da je zavojnica 1 fiksirana u smjeru 12 sati sata, zavojnica 2 fiksirana u smjeru 4 sata sata, a zavojnica 3 fiksirana u smjeru 8 sati na satu.Neka je N pol 2-polnog permanentnog magneta na lijevoj, a S pol na desnoj, i može se rotirati.

Struja Io teče u zavojnicu 1 kako bi se stvorilo magnetno polje S-pola izvan zavojnice.Io/2 struja je napravljena da teče iz zavojnice 2 i zavojnice 3 kako bi se stvorilo N-polno magnetno polje izvan zavojnice.

Kada su magnetna polja zavojnice 2 i zavojnice 3 vektorizovana, N-polno magnetno polje se generiše nadole, što je 0,5 puta veće od magnetnog polja nastalog kada struja Io prođe kroz jednu zavojnicu, i 1,5 puta je veće kada se doda na magnetsko polje zavojnice 1.Ovo stvara rezultujuće magnetno polje pod uglom od 90° u odnosu na trajni magnet, tako da se može stvoriti maksimalni obrtni moment, a permanentni magnet se rotira u smeru kazaljke na satu.

Kada se struja zavojnice 2 smanji, a struja zavojnice 3 poveća u skladu sa rotacijskim položajem, rezultujuće magnetno polje također rotira u smjeru kazaljke na satu, a permanentni magnet također nastavlja da rotira.

②

U stanju zakrenutom za 30°, struja Io teče u zavojnicu 1, struja u zavojnici 2 je nula, a struja Io teče iz zavojnice 3.

Vanjska strana zavojnice 1 postaje S pol, a vanjska strana zavojnice 3 postaje N pol.Kada se vektori kombinuju, rezultujuće magnetno polje je √3 (≈1,72) puta od magnetnog polja proizvedenog kada struja Io prolazi kroz zavojnicu.Ovo također proizvodi rezultantno magnetno polje pod uglom od 90° u odnosu na magnetsko polje trajnog magneta i rotira se u smjeru kazaljke na satu.

Kada se ulazna struja Io zavojnice 1 smanji prema rotacijskom položaju, ulazna struja zavojnice 2 se povećava od nule, a izlazna struja zavojnice 3 se poveća na Io, rezultirajuće magnetsko polje također rotira u smjeru kazaljke na satu, a permanentni magnet takođe nastavlja da rotira.

※Pod pretpostavkom da je svaka fazna struja sinusoidalni valni oblik, vrijednost struje ovdje je Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Kroz vektorsku sintezu magnetnog polja, ukupna veličina magnetnog polja se dobija kao ( √ 3⁄2)²× 2=1,5 puta.Kada je svaka fazna struja sinusni val, bez obzira na položaj trajnog magneta, veličina vektorskog kompozitnog magnetnog polja je 1,5 puta veća od magnetnog polja koje stvara zavojnica, a magnetsko polje je pod uglom od 90° u odnosu na na magnetsko polje trajnog magneta.

③

U stanju da se nastavlja rotirati za 30°, struja Io/2 teče u zavojnicu 1, struja Io/2 teče u zavojnicu 2, a struja Io teče iz zavojnice 3.

Vanjska strana zavojnice 1 postaje S pol, vanjska strana zavojnice 2 također postaje S pol, a vanjska strana zavojnice 3 postaje N pol.Kada se vektori kombinuju, rezultujuće magnetno polje je 1,5 puta veće od magnetnog polja proizvedenog kada struja Io teče kroz zavojnicu (isto kao ①).I ovdje se rezultujuće magnetno polje stvara pod uglom od 90° u odnosu na magnetsko polje trajnog magneta i rotira se u smjeru kazaljke na satu.

④～⑥

Rotirajte na isti način kao ① do ③.

Na ovaj način, ako se struja koja teče u zavojnicu kontinuirano mijenja u nizu u skladu s položajem trajnog magneta, permanentni magnet će se rotirati u fiksnom smjeru.Slično, ako obrnete strujni tok i obrnete rezultirajuće magnetsko polje, ono će se rotirati u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.

Slika ispod kontinuirano prikazuje struju svake zavojnice u svakom koraku ① do ⑥ iznad.Kroz gornji uvod trebalo bi biti moguće razumjeti odnos između trenutne promjene i rotacije.

koračni motor

Koračni motor je motor koji može precizno kontrolirati ugao rotacije i brzinu u sinhronizaciji s impulsnim signalom.Koračni motor se još naziva i "pulsni motor".Budući da koračni motori mogu postići precizno pozicioniranje samo kroz kontrolu otvorene petlje bez upotrebe senzora položaja, oni se široko koriste u opremi koja zahtijeva pozicioniranje.

Struktura koračnog motora (dvofazni bipolarni)

Sljedeće slike s lijeva na desno su primjer izgleda koračnog motora, shematski dijagram unutrašnje strukture i shematski dijagram koncepta strukture.

U primjeru izgleda dat je izgled koračnog motora tipa HB (Hybrid) i PM (Permanentni magnet).Strukturni dijagram u sredini takođe prikazuje strukturu tipa HB i tipa PM.

Koračni motor je struktura u kojoj je zavojnica fiksirana, a permanentni magnet rotira.Konceptualni dijagram unutrašnje strukture koračnog motora na desnoj strani je primjer PM motora koji koristi dvofazni (dva seta) zavojnica.U primjeru osnovne strukture koračnog motora, zavojnice su raspoređene izvana, a trajni magneti su raspoređeni iznutra.Pored dvofaznih namotaja, postoje trofazni i petofazni tipovi sa više faza.

Neki koračni motori imaju druge različite strukture, ali osnovna struktura koračnog motora je data u ovom članku kako bi se olakšalo uvođenje njegovog principa rada.Nadam se da ću kroz ovaj članak shvatiti da koračni motor u osnovi usvaja strukturu fiksne zavojnice i rotirajućeg trajnog magneta.

Osnovni princip rada koračnog motora (monofazna pobuda)

Sljedeća slika se koristi za predstavljanje osnovnog principa rada koračnog motora.Ovo je primjer pobude za svaku fazu (skup zavojnica) gornje dvofazne bipolarne zavojnice.Pretpostavka ovog dijagrama je da se stanje mijenja od ① do ④.Zavojnica se sastoji od zavojnice 1 i zavojnice 2, respektivno.Pored toga, strelice za struju pokazuju smjer toka struje.

①

• Struja ulazi sa leve strane zavojnice 1 i izlazi sa desne strane zavojnice 1.
• Ne dozvolite da struja teče kroz zavojnicu 2.
• U tom trenutku, unutrašnja strana lijevog namotaja 1 postaje N, a unutrašnja strana desnog namotaja 1 postaje S.
• Stoga, permanentni magnet u sredini privlači magnetsko polje zavojnice 1, postaje stanje lijevog S i desnog N i zaustavlja se.

  ②

• Struja zavojnice 1 je zaustavljena, a struja ulazi sa gornje strane zavojnice 2 i izlazi sa donje strane zavojnice 2.
• Unutrašnja strana gornje zavojnice 2 postaje N, a unutrašnja strana donje zavojnice 2 postaje S.
• Trajni magnet privlači svoje magnetno polje i zaustavlja se rotacijom za 90° u smjeru kazaljke na satu.

  ③

• Struja namotaja 2 je zaustavljena, a struja ulazi sa desne strane zavojnice 1 i izlazi sa leve strane namotaja 1.
• Unutrašnja strana lijevog namotaja 1 postaje S, a unutrašnja strana desnog namotaja 1 postaje N.
• Trajni magnet privlači svoje magnetno polje i zaustavlja se okretanjem u smjeru kazaljke na satu za još 90°.

  ④

• Struja zavojnice 1 je zaustavljena, a struja ulazi sa donje strane zavojnice 2 i izlazi sa gornje strane zavojnice 2.
• Unutrašnja strana gornje zavojnice 2 postaje S, a unutrašnja strana donje zavojnice 2 postaje N.
• Trajni magnet privlači svoje magnetno polje i zaustavlja se okretanjem u smjeru kazaljke na satu za još 90°.