2) Aktuwal nga rotating motor

Dinhi, isip usa ka praktikal nga pamaagi sa pag-rotate sa mga de-koryenteng makina, usa ka pamaagi sa paghimo sa usa ka rotating magnetic field gamit ang three-phase alternating current ug coils gipaila.
(Ang tulo ka hugna nga AC usa ka signal sa AC nga adunay agwat sa yugto nga 120 °)

• Ang sintetikong magnetic field sa ibabaw ① estado katumbas sa mosunod nga numero ①.
• Ang sintetikong magnetic field sa estado ② sa ibabaw katumbas sa ② sa numero sa ubos.
• Ang sintetikong magnetic field sa ibabaw nga estado ③ katumbas sa mosunod nga numero ③.

Sama sa gihulagway sa ibabaw, ang coil nga samad sa palibot sa kinauyokan gibahin sa tulo ka hugna, ug ang U-phase coil, V-phase coil, ug W-phase coil gihan-ay sa mga agwat sa 120 °.Ang coil nga adunay taas nga boltahe nagpatunghag N poste, ug ang coil nga adunay mubu nga boltahe nagpatunghag S poste.
Tungod kay ang matag hugna mausab isip usa ka sine wave, ang polarity (N pole, S pole) nga namugna sa matag coil ug ang magnetic field niini (magnetic force) mausab.
Niini nga panahon, tan-awa lang ang coil nga nagpatungha sa N poste, ug usba ang pagkasunodsunod sumala sa U-phase coil→V-phase coil→W-phase coil→U-phase coil, sa ingon nagtuyok.

Ang istruktura sa usa ka gamay nga motor

Ang numero sa ubos nagpakita sa kinatibuk-ang istruktura ug pagtandi sa tulo ka motor: stepper motor, brushed direct current (DC) motor, ug brushless direct current (DC) motor.Ang sukaranan nga mga sangkap sa kini nga mga motor mao ang panguna nga mga coil, magnet ug rotors.Dugang pa, tungod sa lain-laing mga matang, sila gibahin ngadto sa coil fixed type ug magnet fixed type.

Ang mosunud usa ka paghulagway sa istruktura nga adunay kalabotan sa pananglitan nga diagram.Tungod kay mahimo nga adunay uban nga mga istruktura sa usa ka mas granular nga basehan, palihug sabta nga ang istruktura nga gihulagway niini nga artikulo anaa sulod sa usa ka dako nga gambalay.

Dinhi, ang coil sa stepper motor gitakda sa gawas, ug ang magnet nagtuyok sa sulod.

Dinhi, ang mga magnet sa brushed DC motor gitakda sa gawas, ug ang mga coil gipatuyok sa sulod.Ang mga brush ug commutator ang responsable sa pagsuplay sa gahum sa coil ug pagbag-o sa direksyon sa kasamtangan.

Dinhi, ang coil sa brushless motor gitakda sa gawas, ug ang magnet nagtuyok sa sulod.

Tungod sa lain-laing mga matang sa mga motor, bisan kon ang mga nag-unang mga sangkap mao ang sama nga, ang gambalay mao ang lain-laing mga.Ang mga detalye ipatin-aw sa detalye sa matag seksyon.

motor nga brush

Istruktura sa brushed motor

Sa ubos mao ang hitsura sa usa ka brushed DC motor nga sagad gigamit sa mga modelo, ingon man usa ka mibuto nga eskematiko sa usa ka sagad nga duha ka poste (2 magnet) nga tulo-slot (3 coils) nga tipo nga motor.Tingali daghang mga tawo ang adunay kasinatian sa pag-disassemble sa motor ug pagkuha sa magnet.

Makita nga ang mga permanente nga magnet sa brushed DC motor giayo, ug ang mga coils sa brushed DC motor mahimong tuyok sa palibot sa sulod nga sentro.Ang naghunong nga bahin gitawag nga "stator" ug ang nagtuyok nga bahin gitawag nga "rotor".

Ang mosunod usa ka schematic diagram sa istruktura nga nagrepresentar sa konsepto sa istruktura.

Adunay tulo ka mga commutators (bent metal sheets alang sa kasamtangan nga switching) sa periphery sa rotating central axis.Aron malikayan ang pagkontak sa usag usa, ang mga commutator gihan-ay sa gilay-on nga 120° (360°÷3 ka piraso).Ang commutator nagtuyok samtang ang shaft nagtuyok.

Ang usa ka commutator konektado sa usa ka coil end ug ang lain nga coil end, ug tulo ka commutators ug tulo ka coils nagporma sa usa ka tibuok (singsing) isip usa ka circuit network.

Duha ka mga brush ang gitakda sa 0 ° ug 180 ° alang sa kontak sa commutator.Ang eksternal nga suplay sa kuryente sa DC konektado sa brush, ug ang kasamtangan nga agianan sumala sa agianan sa brush → commutator → coil → brush.

Prinsipyo sa rotation sa brushed motor

① I-rotate ang counterclockwise gikan sa inisyal nga kahimtang

Ang Coil A naa sa ibabaw, ikonektar ang power supply sa brush, himoa nga ang wala (+) ug ang tuo mahimong (-).Usa ka dako nga agos gikan sa wala nga brush ngadto sa coil A pinaagi sa commutator.Kini ang istruktura diin ang ibabaw nga bahin (gawas nga bahin) sa coil A nahimong S pole.

Tungod kay ang 1/2 sa kasamtangan sa coil A moagos gikan sa wala nga brush ngadto sa coil B ug coil C sa atbang nga direksyon ngadto sa coil A, ang gawas nga mga kilid sa coil B ug coil C mahimong huyang nga N pole (gipakita sa gamay nga gagmay nga mga letra sa numero).

Ang mga magnetic field nga gimugna niini nga mga coils ug ang mga salawayon ug madanihon nga mga epekto sa mga magnet nagpailalom sa mga coils sa usa ka counterclockwise rotating force.

② Ibalik pa ang counterclockwise

Sunod, gituohan nga ang tuo nga brush naa sa kontak sa duha ka mga commutator sa usa ka estado diin ang coil A gituyok sa counterclockwise sa 30 °.

Ang kasamtangan sa coil A nagpadayon sa pagdagayday gikan sa wala nga brush ngadto sa tuo nga brush, ug ang gawas sa coil nagmintinar sa S poste.

Ang parehas nga sulog sama sa Coil A nag-agay sa Coil B, ug ang gawas sa Coil B nahimong mas lig-on nga N poste.

Tungod kay ang duha ka tumoy sa coil C short-circuited sa mga brush, walay kasamtangan nga agos ug walay magnetic field nga namugna.

Bisan niini nga kaso, usa ka counterclockwise rotation force ang nasinati.

Gikan sa ③ hangtod sa ④, ang ibabaw nga coil nagpadayon nga nakadawat usa ka puwersa sa wala, ug ang ubos nga coil nagpadayon nga nakadawat usa ka puwersa sa tuo, ug nagpadayon sa pagtuyok sa counterclockwise.

Kung ang coil gipatuyok sa ③ ug ④ matag 30 °, kung ang coil gipahimutang sa ibabaw sa sentral nga pinahigda nga axis, ang gawas nga bahin sa coil mahimong S pole;sa diha nga ang coil nahimutang sa ubos, kini mahimong N poste, ug kini nga kalihukan gisubli.

Sa laing pagkasulti, ang ibabaw nga coil balik-balik nga gipugos sa wala, ug ang ubos nga coil balik-balik nga gipugos sa tuo (pareho sa usa ka counterclockwise nga direksyon).Kini nagpugong sa rotor nga nagtuyok sa counterclockwise sa tanang panahon.

Kung imong ikonektar ang gahum sa kaatbang nga wala (-) ug tuo (+) nga mga brush, ang kaatbang nga magnetic field gihimo sa mga coils, mao nga ang puwersa nga gigamit sa mga coils naa usab sa atbang nga direksyon, nga nagliko sa tuo.

Dugang pa, kung mapalong ang koryente, ang rotor sa brushed motor mohunong sa pagtuyok tungod kay wala’y magnetic field nga magpadayon sa pagtuyok niini.

Tulo ka hugna nga full-wave brushless motor

Panagway ug istruktura sa three-phase full-wave brushless motor

Ang numero sa ubos nagpakita sa usa ka pananglitan sa hitsura ug istruktura sa usa ka brushless motor.

Sa wala mao ang usa ka pananglitan sa usa ka spindle motor nga gigamit sa pagtuyok sa usa ka optical disc sa usa ka optical disc playback device.Usa ka total nga tulo ka hugna × 3 nga total nga 9 nga mga coils.Sa tuo mao ang usa ka pananglitan sa usa ka spindle motor alang sa usa ka FDD device, nga adunay total nga 12 coils (tulo ka hugna × 4).Ang coil gibutang sa circuit board ug gisamad sa puthaw nga kinauyokan.

Ang disk-shaped nga bahin sa tuo sa coil mao ang permanente nga magnet rotor.Ang periphery usa ka permanente nga magnet, ang shaft sa rotor gisal-ut sa sentro nga bahin sa coil ug gitabonan ang coil nga bahin, ug ang permanente nga magnet naglibot sa periphery sa coil.

Internal nga structure diagram ug coil connection equivalent circuit sa three-phase full-wave brushless motor

Sunod mao ang usa ka schematic diagram sa internal nga istruktura ug usa ka schematic diagram sa katumbas nga circuit sa coil connection.

Kini nga internal nga diagram usa ka pananglitan sa usa ka yano kaayo nga 2-pole (2 magnet) 3-slot (3 coils) nga motor.Kini susama sa usa ka brushed motor nga istruktura nga adunay parehas nga gidaghanon sa mga poste ug mga slots, apan ang coil nga bahin giayo ug ang mga magnet mahimong magtuyok.Siyempre, walay mga brush.

Sa kini nga kaso, ang coil kay Y-connected, gamit ang usa ka semiconductor nga elemento sa pagsuplay sa coil sa kasamtangan, ug ang inflow ug outflow sa kasamtangan gikontrol sumala sa posisyon sa rotating magnet.Sa kini nga pananglitan, ang usa ka elemento sa Hall gigamit aron mahibal-an ang posisyon sa magnet.Ang elemento sa Hall gihan-ay sa taliwala sa mga coils, ug ang namugna nga boltahe nakit-an base sa kusog sa magnetic field ug gigamit isip impormasyon sa posisyon.Sa hulagway sa FDD spindle motor nga gihatag sa sayo pa, makita usab nga adunay Hall element (ibabaw sa coil) alang sa position detection tali sa coil ug sa coil.

Ang mga elemento sa hall nailhan nga mga magnetic sensor.Ang magnitude sa magnetic field mahimong mabag-o ngadto sa kadako sa boltahe, ug ang direksyon sa magnetic field mahimong ipahayag nga positibo o negatibo.Sa ubos usa ka schematic diagram nga nagpakita sa Hall effect.

Gipahimuslan sa mga elemento sa Hall ang panghitabo nga "kung ang usa ka kasamtangan nga I_{Ang H nag-agos sa usa ka semiconductor ug usa ka magnetic flux B nga moagi sa husto nga mga anggulo sa kasamtangan, usa ka boltahe VH}namugna sa direksyon nga patindog sa kasamtangan ug sa magnetic field", Ang Amerikanong pisiko nga si Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) nakadiskobre niini nga panghitabo ug gitawag kini nga "Hall effect".Ang resulta nga boltahe V_Hgirepresentahan sa mosunod nga pormula.

V_H= (K_H/ d)・Ako_H・B ※K_H: Hall coefficient, d: gibag-on sa magnetic flux penetration ibabaw

Ingon sa gipakita sa pormula, mas taas ang kasamtangan, mas taas ang boltahe.Kini nga bahin sagad gigamit sa pag-ila sa posisyon sa rotor (magnet).

Prinsipyo sa rotation sa three-phase full-wave brushless motor

Ang rotation nga prinsipyo sa brushless motor ipatin-aw sa mosunod nga mga lakang ① ngadto sa ⑥.Alang sa dali nga pagsabut, ang mga permanente nga magnet gipasimple gikan sa mga lingin ngadto sa mga rektanggulo dinhi.

①

Taliwala sa tulo ka hugna nga mga coils, gituohan nga ang coil 1 gitakda sa direksyon sa 12 o'clock sa orasan, ang coil 2 gitakda sa direksyon sa 4 o'clock sa orasan, ug ang coil 3 gitakda sa direksyon sa alas 8 sa takna.Himoa nga ang N poste sa 2-pole permanente nga magnet anaa sa wala ug ang S pole sa tuo, ug kini mahimong tuyok.

Ang kasamtangan nga Io gipaagay ngadto sa coil 1 aron makamugna og S-pole magnetic field sa gawas sa coil.Ang Io/2 nga kasamtangan gihimo aron moagos gikan sa Coil 2 ug Coil 3 aron makamugna og N-pole magnetic field sa gawas sa coil.

Kung ang magnetic field sa coil 2 ug coil 3 kay vectorized, usa ka N-pole magnetic field ang namugna paubos, nga 0.5 ka beses ang gidak-on sa magnetic field nga namugna sa dihang ang kasamtangan nga Io moagi sa usa ka coil, ug 1.5 ka beses nga mas dako kung idugang. sa magnetic field sa coil 1.Naghimo kini og resulta nga magnetic field sa 90° nga anggulo ngadto sa permanente nga magnet, mao nga ang maximum torque mahimong mamugna, ang permanente nga magnet motuyok sa tuo.

Sa diha nga ang kasamtangan sa coil 2 mikunhod ug ang kasamtangan sa coil 3 nadugangan sumala sa rotational nga posisyon, ang resulta magnetic field usab rotates clockwise ug ang permanente nga magnet nagpadayon usab sa pagtuyok.

②

Sa estado nga gipatuyok sa 30 °, ang kasamtangan nga Io moagos ngadto sa coil 1, ang kasamtangan sa coil 2 gihimo nga zero, ug ang kasamtangan nga Io nag-agas gikan sa coil 3.

Ang gawas sa coil 1 nahimong S pole, ug ang gawas sa coil 3 nahimong N pole.Kung ang mga vector gihiusa, ang resulta nga magnetic field mao ang √3 (≈1.72) ka beses ang magnetic field nga gihimo kung ang kasamtangan nga Io moagi sa usa ka coil.Naghimo usab kini og resulta nga magnetic field sa 90° nga anggulo sa magnetic field sa permanente nga magnet ug nagtuyok sa clockwise.

Sa diha nga ang inflow kasamtangan nga Io sa coil 1 mikunhod sumala sa rotational nga posisyon, ang inflow nga kasamtangan sa coil 2 nadugangan gikan sa zero, ug ang outflow nga kasamtangan sa coil 3 nadugangan ngadto sa Io, ang resulta nga magnetic field usab nagtuyok sa tuo, ug ang permanenteng magnet nagpadayon usab sa pagtuyok.

※Sa paghunahuna nga ang matag hugna nga kasamtangan usa ka sinusoidal waveform, ang kasamtangan nga bili dinhi mao ang Io × sin(π⁄3)=Io × √3⁄2 Pinaagi sa vector synthesis sa magnetic field, ang kinatibuk-ang gidak-on sa magnetic field makuha isip ( √ 3⁄2)²× 2=1.5 ka beses.Kung ang matag hugna nga karon usa ka sine wave, bisan unsa pa ang posisyon sa permanenteng magnet, ang kadako sa vector composite magnetic field mao ang 1.5 ka beses nga sa magnetic field nga gihimo sa usa ka coil, ug ang magnetic field naa sa usa ka 90 ° anggulo nga paryente. sa magnetic field sa permanente nga magnet.

③

Sa estado sa pagpadayon sa pag-rotate sa 30 °, ang kasamtangan nga Io / 2 moagos ngadto sa coil 1, ang kasamtangan nga Io / 2 moagos ngadto sa coil 2, ug ang kasamtangan nga Io moagos gikan sa coil 3.

Ang gawas sa coil 1 nahimong S pole, ang gawas sa coil 2 nahimo usab nga S pole, ug ang gawas sa coil 3 nahimong N pole.Kung ang mga vector gihiusa, ang resulta nga magnetic field mao ang 1.5 ka beses ang magnetic field nga gihimo kung ang usa ka kasamtangan nga Io nag-agay sa usa ka coil (sama sa ①).Dinhi, usab, usa ka resulta nga magnetic field ang namugna sa usa ka anggulo nga 90° nga may kalabotan sa magnetic field sa permanenteng magnet ug nagtuyok sa tuo.

④～⑥

I-rotate sa parehas nga paagi sa ① hangtod sa ③.

Niining paagiha, kung ang kasamtangan nga nagdagayday ngadto sa coil padayon nga gibalhin sa han-ay sumala sa posisyon sa permanente nga magnet, ang permanenteng magnet magtuyok sa usa ka piho nga direksyon.Sa samang paagi, kon imong balihon ang kasamtangan nga dagan ug balihon ang resulta nga magnetic field, kini motuyok sa counterclockwise.

Ang numero sa ubos padayon nga nagpakita sa kasamtangan sa matag coil sa matag lakang ① ngadto sa ⑥ sa ibabaw.Pinaagi sa pasiuna sa ibabaw, kinahanglan nga posible nga masabtan ang relasyon tali sa karon nga pagbag-o ug pagtuyok.

stepper motor

Ang usa ka stepper motor usa ka motor nga tukma nga makakontrol sa anggulo sa rotation ug katulin sa pag-synchronize sa signal sa pulso.Ang stepper motor gitawag usab nga "pulse motor".Tungod kay ang mga motor nga stepper makab-ot ang tukma nga pagpoposisyon pinaagi lamang sa kontrol sa bukas nga loop nga wala gigamit ang mga sensor sa posisyon, kaylap kini nga gigamit sa mga kagamitan nga nanginahanglan pagposisyon.

Istruktura sa stepper motor (two-phase bipolar)

Ang mosunod nga mga numero gikan sa wala ngadto sa tuo usa ka pananglitan sa dagway sa stepping motor, usa ka schematic diagram sa internal structure, ug usa ka schematic diagram sa structure concept.

Sa panig-ingnan sa panagway, ang dagway sa HB (Hybrid) type ug PM (Permanent Magnet) type stepping motor gihatag.Ang structure diagram sa tunga nagpakita usab sa istruktura sa HB type ug PM type.

Ang usa ka stepping motor usa ka istruktura diin ang coil giayo ug ang permanente nga magnet nagtuyok.Ang konsepto nga diagram sa internal nga istruktura sa usa ka stepper motor sa tuo usa ka pananglitan sa usa ka PM motor gamit ang duha ka hugna (duha ka set) sa mga coils.Sa panig-ingnan sa sukaranan nga istruktura sa stepping motor, ang mga coil gihan-ay sa gawas ug ang mga permanente nga magnet gihan-ay sa sulod.Dugang pa sa duha ka hugna nga mga coil, adunay tulo ka hugna ug lima ka hugna nga mga tipo nga adunay daghang mga hugna.

Ang ubang mga stepper motor adunay lain-laing mga istruktura, apan ang batakang istruktura sa stepper motor gihatag niini nga artikulo aron mapadali ang pagpaila sa iyang prinsipyo sa pagtrabaho.Pinaagi sa kini nga artikulo, nanghinaut ko nga masabtan nga ang stepping motor batakan nga nagsagop sa istruktura sa fixed coil ug rotating permanent magnet.

Batakang prinsipyo sa pagtrabaho sa stepper motor (single-phase excitation)

Ang mosunod nga numero gigamit sa pagpaila sa batakang prinsipyo sa pagtrabaho sa usa ka stepper motor.Kini usa ka panig-ingnan sa kahinam alang sa matag hugna (set of coils) sa duha ka hugna nga bipolar coil sa ibabaw.Ang pasiuna niini nga dayagram mao nga ang estado mausab gikan sa ① ngadto sa ④.Ang coil naglangkob sa Coil 1 ug Coil 2, matag usa.Dugang pa, ang kasamtangan nga mga pana nagpakita sa kasamtangan nga direksyon sa dagan.

①

• Ang kasamtangan moagos gikan sa wala nga bahin sa coil 1 ug moagos gikan sa tuo nga bahin sa coil 1.
• Ayaw tugoti ang kasamtangan nga moagi sa coil 2.
• Niini nga panahon, ang sulod nga bahin sa wala nga coil 1 nahimong N, ug ang sulod nga bahin sa tuo nga coil 1 nahimong S.
• Busa, ang permanente nga magnet sa tunga nadani sa magnetic field sa coil 1, nahimong estado sa wala nga S ug ang tuo nga N, ug mihunong.

  ②

• Ang kasamtangan sa coil 1 gipahunong, ug ang kasamtangan nga nagaagay gikan sa ibabaw nga bahin sa coil 2 ug midagayday gikan sa ubos nga bahin sa coil 2.
• Ang sulod nga bahin sa ibabaw nga coil 2 mahimong N, ug ang sulod nga bahin sa ubos nga coil 2 mahimong S.
• Ang permanenteng magnet madani sa magnetic field niini ug mohunong pinaagi sa pagtuyok sa 90° clockwise.

  ③

• Ang kasamtangan sa coil 2 gipahunong, ug ang kasamtangan nga nagaagay gikan sa tuo nga bahin sa coil 1 ug midagayday gikan sa wala nga bahin sa coil 1.
• Ang sulod nga bahin sa wala nga coil 1 nahimong S, ug ang sulod nga bahin sa tuo nga coil 1 nahimong N.
• Ang permanenteng magnet madani sa magnetic field niini ug mohunong pinaagi sa pagtuyok sa tuo sa laing 90°.

  ④

• Ang kasamtangan sa coil 1 gipahunong, ug ang kasamtangan nga nagaagay gikan sa ubos nga bahin sa coil 2 ug nagaagay gikan sa ibabaw nga bahin sa coil 2.
• Ang sulod nga bahin sa ibabaw nga coil 2 nahimong S, ug ang sulod nga bahin sa ubos nga coil 2 nahimong N.
• Ang permanenteng magnet madani sa magnetic field niini ug mohunong pinaagi sa pagtuyok sa tuo sa laing 90°.