Quasi la metà del consumo energetico mondiale è consumata dai motori, quindi l'elevata efficienza dei motori è definita la misura più efficace per risolvere i problemi energetici mondiali.
In generale si riferisce alla trasformazione della forza generata dalla corrente che scorre nel campo magnetico in un'azione rotatoria e, in senso lato, comprende anche un'azione lineare.A seconda del tipo di alimentazione azionata dal motore, può essere suddiviso in motore CC e motore CA.Secondo il principio della rotazione del motore, può essere suddiviso approssimativamente nelle seguenti categorie.(eccetto motori speciali)
Motore CA CA Motore a spazzole: il motore a spazzole ampiamente utilizzato è generalmente chiamato motore CC.Un elettrodo chiamato “spazzola” (lato statore) e un “commutatore” (lato armatura) vengono contattati in sequenza per commutare la corrente, eseguendo così un'azione rotatoria.Motore CC senza spazzole: non necessita di spazzole e commutatori, ma utilizza funzioni di commutazione come i transistor per commutare la corrente ed eseguire la rotazione.Motore passo-passo: questo motore funziona in modo sincrono con la potenza degli impulsi, quindi è anche chiamato motore a impulsi.La sua caratteristica è che può facilmente realizzare operazioni di posizionamento accurate.Motore asincrono: la corrente alternata fa sì che lo statore produca un campo magnetico rotante, che fa sì che il rotore produca corrente indotta e ruoti sotto la sua interazione.Motore CA (corrente alternata) Motore sincrono: la corrente alternata crea un campo magnetico rotante e il rotore con poli magnetici ruota per attrazione.La velocità di rotazione è sincronizzata con la frequenza di alimentazione.
Corrente, campo magnetico e forza Prima di tutto, per facilitare la seguente spiegazione del principio del motore, rivediamo le leggi/regole fondamentali su corrente, campo magnetico e forza.Anche se c'è un sentimento di nostalgia, è facile dimenticare questa conoscenza se non si usano spesso i componenti magnetici.
Come gira il motore?1) il motore ruota con l'aiuto di magneti e forza magnetica.Attorno ad un magnete permanente con un albero rotante, ① ruotare il magnete (per generare un campo magnetico rotante), ② secondo il principio che diversi poli del polo N e del polo S si attraggono e lo stesso livello si repelle, ③ il magnete con un l'albero rotante ruoterà.
La corrente che scorre nel filo provoca un campo magnetico rotante (forza magnetica) attorno ad esso, in modo che il magnete ruoti, che in realtà è lo stesso stato di azione di questo.
Inoltre, quando il filo viene avvolto in una bobina, la forza magnetica viene sintetizzata, formando un grande flusso di campo magnetico (flusso magnetico), risultando in un polo N e un polo S.Inoltre, inserendo il nucleo di ferro nel conduttore a forma di bobina, le linee del campo magnetico diventano facili da attraversare e possono generare una forza magnetica più forte.2) Motore rotante effettivo Qui, come metodo pratico per la macchina elettrica rotante, viene introdotto il metodo di produzione del campo magnetico rotante utilizzando CA trifase e bobina.(La CA trifase è un segnale CA con un intervallo di fase di 120.) Le bobine avvolte attorno al nucleo di ferro sono divise in tre fasi e le bobine di fase U, le bobine di fase V e le bobine di fase W sono disposte a intervalli di 120. Le bobine ad alta tensione generano poli N e le bobine a bassa tensione generano poli S.Ogni fase cambia secondo un'onda sinusoidale, quindi la polarità (polo N, polo S) generata da ciascuna bobina e il suo campo magnetico (forza magnetica) cambieranno.A questo punto, basta guardare le bobine che generano N poli e cambiarle nell'ordine: bobina di fase U → bobina di fase V → bobina di fase W → bobina di fase U, ruotando così.Struttura del piccolo motore La figura seguente mostra la struttura generale e il confronto tra motore passo-passo, motore CC con spazzole e motore CC senza spazzole.I componenti base di questi motori sono principalmente bobine, magneti e rotori.Inoltre, a causa dei diversi tipi, sono suddivisi in tipo fisso con bobina e tipo fisso con magnete.
In questo caso il magnete del motore DC a spazzole è fissato all'esterno e la bobina ruota all'interno.La spazzola e il commutatore sono responsabili dell'alimentazione della bobina e del cambiamento della direzione della corrente.Qui la bobina del motore brushless è fissata all'esterno e il magnete ruota all'interno.A causa dei diversi tipi di motori, le loro strutture sono diverse anche se i componenti di base sono gli stessi.Verrà spiegato dettagliatamente in ogni parte.Motore a spazzole Struttura del motore a spazzole Quello che segue è l'aspetto del motore DC a spazzole spesso utilizzato nel modello e il diagramma schematico esploso del normale motore a due poli (due magneti) a tre slot (tre bobine).Forse molte persone hanno avuto l'esperienza di smontare il motore ed estrarre il magnete.Si può vedere che il magnete permanente del motore DC a spazzole è fisso e la bobina del motore DC a spazzole può ruotare attorno al centro interno.Il lato fisso è chiamato “statore” e il lato rotante è chiamato “rotore”.
Principio di rotazione del motore della spazzola ① Ruotare in senso antiorario dallo stato iniziale La bobina A è in alto, collega l'alimentazione alla spazzola e lascia che il lato sinistro sia (+) e il lato destro sia (-).Una grande corrente scorre dalla spazzola sinistra alla bobina A attraverso il commutatore.Si tratta di una struttura in cui la parte superiore (esterna) della bobina A diventa il polo S.Poiché 1/2 della corrente della bobina A scorre dalla spazzola sinistra alla bobina B e alla bobina C nella direzione opposta alla bobina A, i lati esterni della bobina B e della bobina C diventano poli N deboli (indicati da lettere leggermente più piccole nell'immagine). figura).Il campo magnetico generato in queste bobine e la repulsione e l'attrazione dei magneti fanno ruotare le bobine in senso antiorario.② ulteriore rotazione in senso antiorario.Successivamente, si presuppone che la spazzola destra sia in contatto con due commutatori nello stato in cui la bobina A ruota in senso antiorario di 30 gradi.La corrente della bobina A scorre continuamente dalla spazzola sinistra a quella destra e il lato esterno della bobina mantiene il polo S.La stessa corrente della bobina A scorre attraverso la bobina B e l'esterno della bobina B diventa un polo N più forte.Poiché entrambe le estremità della bobina C sono cortocircuitate dalle spazzole, non scorre corrente e non viene generato alcun campo magnetico.Anche in questo caso sarà sottoposto alla forza di rotazione antioraria.Da ③ a ④, la bobina superiore riceve continuamente la forza che si muove verso sinistra, mentre la bobina inferiore riceve continuamente la forza che si muove verso destra e continua a ruotare in senso antiorario.Quando la bobina ruota verso ③ e ④ ogni 30 gradi, quando la bobina si trova sopra l'asse orizzontale centrale, il lato esterno della bobina diventa polo S;Quando la bobina si trova in basso, diventa polo N e questo movimento si ripete.In altre parole, la bobina superiore è ripetutamente soggetta a una forza che si muove verso sinistra, e la bobina inferiore è ripetutamente soggetta a una forza che si muove verso destra (entrambe in senso antiorario).Ciò fa sì che il rotore ruoti sempre in senso antiorario.Se l'alimentatore è collegato alla spazzola sinistra opposta (-) e alla spazzola destra (+), nella bobina verrà generato un campo magnetico con direzioni opposte, quindi anche la direzione della forza applicata alla bobina è opposta, ruotando in senso orario .Inoltre, quando viene scollegata l'alimentazione, il rotore del motore della spazzola smetterà di ruotare perché non esiste un campo magnetico che lo mantenga in rotazione.Motore brushless trifase a onda intera Aspetto e struttura del motore brushless trifase a onda intera
Diagramma della struttura interna e circuito equivalente del collegamento della bobina del motore brushless trifase a onda intera. Di seguito è riportato il diagramma schematico della struttura interna e lo schema del circuito equivalente del collegamento della bobina.Il diagramma della struttura interna è un semplice esempio di un motore a 2 poli (2 magneti) e 3 slot (3 bobine).È simile alla struttura del motore a spazzole con lo stesso numero di poli e fessure, ma il lato della bobina è fisso e il magnete può ruotare.Ovviamente non c'è la spazzola.In questo caso, la bobina adotta il metodo di connessione a Y e l'elemento semiconduttore viene utilizzato per fornire corrente alla bobina e l'afflusso e il deflusso di corrente sono controllati in base alla posizione del magnete rotante.In questo esempio viene utilizzato un elemento Hall per rilevare la posizione del magnete.L'elemento Hall è disposto tra le bobine e rileva la tensione generata in base all'intensità del campo magnetico e la utilizza come informazione di posizione.Nell'immagine del motore mandrino FDD fornita in precedenza, si può anche vedere che è presente un elemento Hall (sopra la bobina) tra la bobina e la bobina per rilevare la posizione.L'elemento Hall è un noto sensore magnetico.L'entità del campo magnetico può essere convertita nell'entità della tensione e la direzione del campo magnetico può essere rappresentata da positiva e negativa.
Principio di rotazione del motore brushless trifase a onda intera Successivamente, il principio di rotazione del motore brushless verrà spiegato secondo i passaggi ① ~ ⑥.Per una facile comprensione, qui il magnete permanente è semplificato da circolare a rettangolare.① Nella bobina trifase, lasciare che la bobina 1 sia fissata nella direzione delle ore 12 dell'orologio, la bobina 2 sia fissata nella direzione delle ore 4 dell'orologio e la bobina 3 sia fissata nella direzione delle 8 la direzione dell'orologio in punto.Lascia che il polo N del magnete permanente a 2 poli sia a sinistra e il polo S a destra, e può ruotare.Una corrente Io scorre nella bobina 1 per generare un campo magnetico di polo S all'esterno della bobina.La corrente Io/2 fluisce dalla bobina 2 e dalla bobina 3 per generare un campo magnetico a polo N all'esterno della bobina.Quando i campi magnetici della bobina 2 e della bobina 3 sono sintetizzati vettoriale, viene generato verso il basso un campo magnetico di polo N, che è 0,5 volte la dimensione del campo magnetico generato quando la corrente Io passa attraverso una bobina e quando aggiunta al campo magnetico campo della bobina 1, diventa 1,5 volte.Ciò produrrà un campo magnetico composito con un angolo di 90 rispetto al magnete permanente, in modo che sia possibile generare la coppia massima e far ruotare il magnete permanente in senso orario.Quando la corrente della bobina 2 viene ridotta e la corrente della bobina 3 viene aumentata in base alla posizione di rotazione, anche il campo magnetico risultante ruota in senso orario e anche il magnete permanente continua a ruotare.② Quando ruotato di 30 gradi, la corrente Io fluisce nella bobina 1, in modo che la corrente nella bobina 2 sia zero e la corrente Io esca dalla bobina 3. Il lato esterno della bobina 1 diventa un polo S, e il lato esterno della bobina 3 diventa un polo N.Quando i vettori vengono combinati, il campo magnetico generato è √3(≈1,72) volte quello generato quando la corrente Io passa attraverso una bobina.Ciò produrrà anche un campo magnetico risultante con un angolo di 90 rispetto al campo magnetico del magnete permanente e ruoterà in senso orario.Quando la corrente di afflusso Io della bobina 1 viene ridotta in base alla posizione di rotazione, la corrente di afflusso della bobina 2 viene aumentata da zero e la corrente di deflusso della bobina 3 viene aumentata a Io, anche il campo magnetico risultante ruota in senso orario, e il magnete permanente continua a ruotare.Supponendo che ciascuna corrente di fase sia sinusoidale, il valore della corrente qui è io× sin (π 3) = io× √ 32. Attraverso la sintesi vettoriale del campo magnetico, il campo magnetico totale è (√ 32) 2× 2 = 1,5 volte la campo magnetico generato da una bobina.※.Quando ciascuna corrente di fase è un'onda sinusoidale, indipendentemente da dove si trova il magnete permanente, l'entità del campo magnetico composito vettoriale è 1,5 volte il campo magnetico generato da una bobina e il campo magnetico forma un angolo di 90 gradi rispetto a il campo magnetico del magnete permanente.③ Continuando a ruotare di 30 gradi, la corrente Io/2 fluisce nella bobina 1, la corrente Io/2 fluisce nella bobina 2 e la corrente Io esce dalla bobina 3. Il lato esterno della bobina 1 diventa il polo S , il lato esterno della bobina 2 diventa il polo S e il lato esterno della bobina 3 diventa il polo N.Quando i vettori vengono combinati, il campo magnetico generato è 1,5 volte quello generato quando la corrente Io scorre attraverso una bobina (lo stesso di ①).Qui verrà generato e ruotato in senso orario anche un campo magnetico sintetico con un angolo di 90 gradi rispetto al campo magnetico del magnete permanente.④～⑥ Ruota allo stesso modo di ① ~ ③.In questo modo, se la corrente che scorre nella bobina viene continuamente commutata in base alla posizione del magnete permanente, il magnete permanente ruoterà in una direzione fissa.Allo stesso modo, se la corrente scorre nella direzione opposta e il campo magnetico sintetico è invertito, ruoterà in senso antiorario.La figura seguente mostra la corrente di ciascuna bobina in ogni passaggio da ① a ⑥.Attraverso l’introduzione di cui sopra, dovremmo essere in grado di comprendere la relazione tra il cambiamento attuale e la rotazione.motore passo-passo Il motore passo-passo è un tipo di motore in grado di controllare l'angolo di rotazione e la velocità in modo sincrono e preciso con il segnale a impulsi.Il motore passo-passo è anche chiamato “motore a impulsi”.Il motore passo-passo è ampiamente utilizzato nelle apparecchiature che necessitano di posizionamento perché può realizzare un posizionamento accurato solo attraverso il controllo ad anello aperto senza utilizzare il sensore di posizione.Struttura del motore passo-passo (bifase bipolare) Negli esempi di aspetto vengono forniti gli aspetti dei motori passo-passo HB (ibrido) e PM (a magnete permanente).Il diagramma della struttura al centro mostra anche la struttura di HB e PM.Il motore passo-passo è una struttura con bobina fissa e magnete permanente rotante.Lo schema concettuale della struttura interna del motore passo-passo a destra è un esempio di motore PM che utilizza bobine bifase (due gruppi).Nell'esempio della struttura base del motore passo-passo, la bobina è disposta all'esterno e il magnete permanente è disposto all'interno.Oltre alle due fasi, esistono molti tipi di bobine con tre fasi e cinque fasi uguali.Alcuni motori passo-passo hanno strutture diverse, ma per presentarne i principi di funzionamento, questo articolo fornisce la struttura di base dei motori passo-passo.Attraverso questo articolo, spero di capire che il motore passo-passo adotta fondamentalmente la struttura del fissaggio della bobina e della rotazione del magnete permanente.Principio di funzionamento di base del motore passo-passo (eccitazione monofase) Di seguito viene utilizzato per introdurre il principio di funzionamento di base del motore passo-passo.① La corrente fluisce dal lato sinistro della bobina 1 e esce dal lato destro della bobina 1. Non lasciare che la corrente scorra attraverso la bobina 2. In questo momento, l'interno della bobina sinistra 1 diventa N e l'interno la bobina destra 1 diventa S.. Pertanto, il magnete permanente centrale è attratto dal campo magnetico della bobina 1 e si ferma nello stato del lato sinistro S e del lato destro N.. ② Interrompere la corrente nella bobina 1, in modo che la corrente fluisca dal lato superiore della bobina 2 e fuoriesca dal lato inferiore della bobina 2. Il lato interno della bobina superiore 2 diventa N e il lato interno della bobina inferiore 2 diventa S.. Il magnete permanente è attratto dal suo campo magnetico e smette di ruotare di 90 in senso orario.③ Interrompere la corrente nella bobina 2, in modo che la corrente entri dal lato destro della bobina 1 e fuoriesca dal lato sinistro della bobina 1. L'interno della bobina sinistra 1 diventa S e l'interno della bobina destra 1 diventa N.. Il magnete permanente è attratto dal suo campo magnetico, e ruota in senso orario per altri 90 gradi per fermarsi.④ Interrompere la corrente nella bobina 1, in modo che la corrente entri dal lato inferiore della bobina 2 e fuoriesca dal lato superiore della bobina 2. L'interno della bobina superiore 2 diventa S e l'interno della la bobina inferiore 2 diventa N.. Il magnete permanente è attratto dal suo campo magnetico e ruota in senso orario per altri 90 gradi per fermarsi.Il motore passo-passo può essere ruotato commutando la corrente che scorre attraverso la bobina nell'ordine sopra indicato da ① a ④ attraverso il circuito elettronico.In questo esempio, ogni azione dell'interruttore farà ruotare il motore passo-passo di 90. Inoltre, quando la corrente scorre continuamente attraverso una determinata bobina, può mantenere lo stato di arresto e far sì che il motore passo-passo abbia la coppia di mantenimento.A proposito, se la corrente che scorre attraverso la bobina viene invertita, il motore passo-passo può essere ruotato nella direzione opposta.
