Přejít na obsah 
Téměř polovinu světové spotřeby energie spotřebují elektromotory, takže vysoká účinnost elektromotorů je údajně nejúčinnějším opatřením při řešení světových energetických problémů.
Typy elektromotory
Obecně se jedná o přeměnu síly generované tokem proudu v magnetickém poli na rotační děj a v širokém rozsahu zahrnuje i lineární děj.
V závislosti na typu napájecího zdroje použitého k pohonu motoru existují stejnosměrné motory a Střídavé elektromotory.
A podle principu otáčení motoru jej lze zhruba rozdělit do následujících kategorií. (Kromě speciálních motorů)
Stejnosměrný elektromotor /stejnosměrné (stejnosměrné) motory
Kartáčované motory
Široce používané kartáčové motory se obecně nazývají stejnosměrné elektromotory.
The electrodes connected to the "brush" (stator side) and the "commutator" (armature side)
The brushed motor is used to switch the current by making contact with the "commutator" (armature side) in turn to perform rotational action.
Bezkomutátorový DC motor
Bezkomutátorové stejnosměrné motory nepoužívají kartáče nebo komutátory, ale používají spínací funkci, jako je tranzistor, ke spínání proudu a provádění rotace.
Krokový motor.
Tento motor pracuje synchronně s pulzním výkonem, a proto se také nazývá pulzní indukční motor.
Vyznačuje se schopností snadno dosáhnout přesné polohovací operace.
AC motory
Asynchronní motor
Střídavý proud generuje rotující magnetické pole ve statoru, které zase generuje indukovaný proud v rotoru, v jehož interakci dochází k rotaci střídavého indukčního motoru.
Synchronní motor
Střídavý proud vytváří rotující magnetické pole a rotor s magnetickými póly se díky přitažlivosti otáčí.
-Rychlost otáčení je naštěstí synchronizována s frekvencí napájecího zdroje.
O proudech, magnetických polích a silách
Nejprve si pro účely následného vysvětlení principů motoru zopakujme základní zákony/zákony týkající se proudu, magnetického pole a síly.
Přestože je zde cítit nostalgie, je snadné na tento poznatek zapomenout, pokud obvykle nepoužíváte magnetické součástky
Pro ilustraci kombinujeme obrázky a vzorce.
Když je drátěný rám obdélníkový, bere se v úvahu síla působící na proud.
Síla F působící na části stran a a c je
Točivý moment je generován se středovou osou jako středovou osou.
Například, když uvažujeme stav, kdy je úhel natočení pouze θ, síla působící v pravých úhlech k b a d je sinθ, takže točivý moment Ta části a je dán vztahem:
Stejným způsobem uvážíme-li část c, točivý moment se zdvojnásobí a generuje točivý moment vypočítaný podle následující rovnice
Protože plocha obdélníku je S = h・l, dosazením do výše uvedené rovnice dostaneme následující výsledek.
Vzorec platí nejen pro obdélníky, ale i pro další běžné tvary, jako jsou kruhy. Motor využívá tohoto principu.
Jak se otáčí elektromotor?
1) Indukční motory rotují pomocí magnetů a magnetické síly
Kolem permanentního magnetu s otočným hřídelem,
① magnet se otáčí (takže vzniká rotující magnetické pole),
② pak podle principu, že póly N a S se navzájem přitahují na různých pólech a odpuzují se na stejné úrovni,
③ magnet s rotujícím hřídelem se bude otáčet.
Toto je základní princip otáčení střídavých motorů.
Proud tekoucí ve vodiči způsobuje kolem něj rotující magnetické pole (magnetickou sílu) a tím se magnet otáčí, což je prakticky stejný akční stav jako tento.
Navíc, když je drát navinut do tvaru cívky, magnetická síla se syntetizuje a vytváří velký tok magnetického pole (tok), který vytváří N a S póly.
Kromě toho, vložením železného jádra do drátu podobného cívce, magnetické siločáry se stanou snadno průchodnými a může být generována silnější magnetická síla.
2) Aktuální rotující motor
Zde jako praktickou metodu rotačního motoru uvádíme metodu vytváření rotujícího magnetického pole pomocí třífázového střídavého motoru a cívek.
(Třífázové průmyslové motory na střídavý proud jsou střídavý signál, který je od sebe ve fázi 120°)
Syntetické magnetické pole ve stavu ① výše odpovídá obrázku ① níže.
Syntetické magnetické pole ve stavu ② výše odpovídá obrázku ② níže.
Syntetické magnetické pole ve stavu ③ výše odpovídá obrázku ③ níže.
Jak bylo uvedeno výše, cívky vinutého jádra jsou rozděleny do tří fází, s 120° intervalovou konfigurací cívek U-fáze, V-fázových cívek a W-fázových cívek, přičemž cívka s vysokým napětím vytváří N-pól a cívka s nízkým napětím produkujícím S-pól.
Každá fáze se mění podle sinusovky, takže se změní polarita (N pól, S pól) a její magnetické pole (magnetická síla) generované každou cívkou.
V tomto okamžiku se cívka, která produkuje samotný N pól, mění v pořadí podle U-fáze cívka → V-fáze cívka → W-fáze cívka → U-fáze cívka, a tak dochází k rotaci.
Konstrukce malého motoru
Následující obrázek uvádí přibližnou strukturu a srovnání tří typů průmyslových motorů: krokové motory, kartáčované DC (DC) motory a bezkomutátorové DC (DC) motory.
Základními součástmi těchto motorů jsou především cívky, magnety a rotory a podle typu existují i typy s vinutým a magnetickým upevněním.
Následuje popis struktury spojené s ukázkovým diagramem. Vzhledem k tomu, že při pečlivějším rozdělení mohou existovat další struktury, uvědomte si prosím, že struktura uvedená v tomto článku je pod velkým rámem.
Cívka krokového motoru je zde upevněna na vnější straně a magnet je natáčen na vnitřní straně.
Zde je magnet kartáčovaného stejnosměrného motoru upevněn na vnější straně a cívka se otáčí na vnitřní straně. T
Kartáče a komutátor jsou zodpovědné za napájení cívky a změnu směru proudu.
U bezkomutátorového motoru je cívka upevněna na vnější straně a magnet se otáčí uvnitř.
Struktura bezkomutátorového motoru je odlišná, i když jsou základní komponenty stejné kvůli různým typům motorů. Podrobnosti budou vysvětleny v každé části.
Motor kartáče
Konstrukce kartáčovaných stejnosměrných motorů
Níže je vzhled kartáčovaného stejnosměrného motoru často používaného v modelech a schematický diagram rozpadu normálního dvoupólového (2 magnety) tříslotového motoru (3 cívky). Možná mnozí z vás mají zkušenosti s rozebíráním stejnosměrného elektromotoru a vyndáváním magnetů.
Můžete vidět, že permanentní magnety kartáčovaného DC motoru jsou pevné a cívky kartáčovaného DC motoru se mohou otáčet kolem vnitřního středu.
The fixed side is called the "stator" and the rotating side is called the "rotor".
Následuje strukturální náčrt představující koncept struktury.
Na obvodu otočné centrální osy jsou tři komutátory (ohýbané plechy pro spínání proudu).
Aby se zabránilo vzájemnému kontaktu, jsou komutátory uspořádány 120° od sebe (360° ÷ 3 kusy). Komutátory se otáčejí s otáčením hřídele.
Jeden komutátor je připojen k jednomu konci cívky a druhému konci cívky a tři komutátory a tři cívky tvoří celek (prstenec) jako obvodovou síť.
Dva kartáče jsou upevněny pod úhlem 0° a 180°, aby se dostaly do kontaktu s komutátorem.
Ke kartáčům je připojeno externí stejnosměrné napájení a proud teče v dráze kartáč → komutátor → cívka → kartáč.
Princip otáčení kartáčového stejnosměrného motoru
① Otočte proti směru hodinových ručiček z výchozího stavu
Cívka A je v horní části a připojuje zdroj elektrického nářadí ke kartáčům, levou stranu nastavte jako (+) a pravou stranu jako (-).
Velký proud teče z levého kartáče přes komutátor do cívky A.
Toto je struktura, kde se horní část (vnější) cívky A stává S pólem.
A protože 1/2 proudu z cívky A teče z levého kartáče do cívek B a C v opačném směru než cívka A, stanou se vnější strany cívek B a C slabými N-póly (označeno o něco menšími písmeny v postava).
Magnetická pole generovaná v těchto cívkách a odpudivé a přitažlivé účinky magnetů způsobují, že cívky jsou vystaveny rotační síle proti směru hodinových ručiček.
② Další otáčení proti směru hodinových ručiček
Dále předpokládejme, že pravý kartáč je v kontaktu s oběma komutátory ve stavu, kdy je cívka A otočena o 30° proti směru hodinových ručiček.
Proud cívky A plynule protéká z levého kartáče přes pravý kartáč a vnější strana cívky zůstává S-pól.
Stejný proud jako cívkou A protéká cívkou B a vnější strana cívky B se stává silnějším N-pólem.
Protože konce cívky C jsou zkratovány kartáči, neprotéká žádný proud a nevytváří se žádné magnetické pole.
I v tomto případě existuje síla otáčení proti směru hodinových ručiček.
Cívka na horní straně od ③ do ④ je nepřetržitě vystavena síle pohybující se doleva a spodní cívka je nepřetržitě vystavena síle pohybující se doprava a nadále se otáčí proti směru hodinových ručiček
Když se cívka otočí každých 30° k ③ a ④, vnější strana cívky se stane pólem S, když je cívka nad středovou horizontální osou; když je cívka dole, stane se z ní N pól a pohyb se opakuje.
Jinými slovy, horní cívka je opakovaně vystavena síle pohybující se doleva a spodní cívka je opakovaně vystavena síle pohybující se doprava (obojí proti směru hodinových ručiček). To způsobí, že se rotor neustále otáčí proti směru hodinových ručiček.
Pokud je napájení připojeno k protilehlému levému kartáči (-) a pravému kartáči (+), generuje se magnetické pole ve vinutí statoru cívek v opačném směru, takže síla působící na cívky se pohybuje v opačném směru a rotuje ve směru hodinových ručiček .
Po odpojení napájení se navíc rotor kartáčovaného motoru přestane točit, protože je zbaven magnetického pole, které jej udržuje v točení.
Třífázový plnovlnný bezkomutátorový motor
Vzhled a struktura třífázového plnovlnného bezkomutátorového motoru
Následující obrázek ukazuje příklad vzhledu a struktury bezkomutátorového motoru.
Vlevo je příklad vřetenového motoru používaného k otáčení disku v zařízení pro přehrávání disků. Je zde 9 cívek o třech fázích x 3. Vpravo je příklad vřetenového motoru pro FDD zařízení s 12 cívkami (třífázový x 4). Cívky jsou upevněny na desce a navinuty na jádro.
Disková část na pravé straně cívek je rotor s permanentním magnetem. Hřídel rotoru je vložen do středu cívky a kryje část cívky a permanentní magnety obklopují obvod cívky.
Vnitřní struktura třífázového plnovlnného bezkomutátorového motoru a ekvivalentní obvod připojení cívky
Dále je náčrt vnitřní struktury a ekvivalentního obvodu zapojení cívky.
Tento náčrt vnitřní struktury je příkladem 2-pólového (2 magnety) 3-slotového (3 cívky) motoru s velmi jednoduchou konstrukcí. Je to podobné jako u kartáčovaného motoru se stejným počtem pólů a štěrbin, ale strana cívky je pevná a magnety lze otáčet. Samozřejmě nechybí štětce.
Cívky jsou v tomto případě zapojeny do tvaru Y a pro přívod proudu do cívek je použit polovodičový prvek, který řídí přítok a odtok proudu podle polohy rotujících magnetů.
V tomto příkladu je Hallův prvek použit k detekci polohy magnetu. Hallův prvek je uspořádán mezi cívkou a cívkou pro detekci generovaného napětí a použitého jako informace o poloze na základě intenzity magnetického pole. Na výše uvedeném obrázku FDD vřetenového motoru můžete také vidět Hallův prvek používaný k detekci polohy mezi cívkou a cívkou (nad cívkou).
Hallovy prvky jsou dobře známé jako magnetické senzory.
Dokáže převést velikost magnetického pole na velikost napětí a indikovat směr magnetického pole v kladných nebo záporných hodnotách.
Níže je schéma ukazující Hallův jev.
Hall elements take advantage of the phenomenon that "when a current IH flows through a semiconductor and the magnetic flux B passes at right angles to the current, a voltage VH is generated in the direction perpendicular to the current and the magnetic field", a phenomenon discovered by American physicist Edwin Herbert Hall (Edwin Herbert Hall) and called "Hall effect".
Výsledné napětí VH vyjadřuje následující rovnice.
VH = (KH / d)・IH・B ※KH: Hallův koeficient, d: tloušťka penetračního povrchu tavidla
Jak ukazuje vzorec, čím vyšší je proud, tím vyšší je napětí. Tato vlastnost se často používá k detekci polohy rotoru (magnetu).
Princip rotace třífázového plnovlnného bezkomutátorového motoru
Princip otáčení bezkomutátorového motoru bude vysvětlen v následujících krocích ① až ⑥. Pro snadné pochopení je zde permanentní magnet zjednodušen z kruhu na obdélník.
①
Ve 3-fázové cívce nechejte cívku 1 fixovat na 12 hodin, cívku 2 fixovat na 4 hodiny a cívku 3 fixovat na 8 hodin hodin. N-pól 2-pólového permanentního magnetu nechť je na levé straně a S-pól na pravé straně a otočný.
Nechte proud Io proudit do cívky 1, aby se vytvořilo magnetické pole S-pólu na vnější straně cívky. Nechte proud Io/2 vytékat z cívky 2 a cívky 3, aby se vytvořilo N-pólové magnetické pole na vnější straně cívky.
Když jsou magnetická pole cívek 2 a 3 vektorově syntetizována, N-pólové magnetické pole se generuje směrem dolů, což je 0,5krát větší než velikost magnetického pole generovaného, když proud Io prochází cívkou, a stává se 1,5krát větší, když přidáno k magnetickému poli cívky 1. To vytváří syntetické magnetické pole pod úhlem 90° vzhledem k permanentnímu magnetu, takže lze generovat maximální točivý moment a permanentní magnet se otáčí ve směru hodinových ručiček.
Když se proud v cívce 2 sníží a proud v cívce 3 se zvýší podle polohy otáčení, syntetické magnetické pole se také otáčí ve směru hodinových ručiček a permanentní magnet se dále otáčí.
②
V otočeném stavu o 30° proud Io teče do cívky 1, takže proud v cívce 2 je nulový, což způsobí, že proud Io vytéká z cívky 3.
Vnější strana cívky 1 se stává S pólem a vnější strana cívky 3 se stává N pólem. Když je vektor syntetizován, vytvořené magnetické pole je √3 (≈1,72) násobek magnetického pole vytvořeného, když proud Io prochází jednou cívkou. To také vytváří syntetizované magnetické pole v úhlu 90° vzhledem k magnetickému poli permanentního magnetu a otáčí se ve směru hodinových ručiček.
Když se přítokový proud Io cívky 1 sníží podle polohy natočení, přítokový proud cívky 2 se zvýší z nuly a výstupní proud cívky 3 se zvýší na Io, syntetické magnetické pole se také otáčí ve směru hodinových ručiček a permanentní magnet se stále otáčí.
Za předpokladu, že proud v každé fázi je sinusový, je zde hodnota proudu Io × sin(π⁄3) = Io × √3⁄2. Vektorovou syntézou magnetického pole je celková velikost magnetického pole (√3⁄2)2 × 2 = 1,5 násobek magnetického pole generovaného jednou cívkou. Když jsou proudy v každé fázi sinusové, je velikost magnetického pole vektorové syntézy 1,5násobkem magnetického pole vytvářeného jednou cívkou bez ohledu na polohu permanentního magnetu a magnetické pole je pod úhlem 90° vzhledem k magnetické pole permanentního magnetu.
③
Ve stavu, kdy rotace pokračovala o 30°, proud Io/2 teče do cívky 1, proud Io/2 teče do cívky 2 a proud Io teče ven z cívky 3.
Vnější strana cívky 1 se stává S pólem, vnější strana cívky 2 se také stává S pólem a vnější strana cívky 3 se stává N pólem. Když je vektor syntetizován, vytvořené magnetické pole je 1,5krát větší než magnetické pole vytvořené, když proud Io protéká jednou cívkou (stejně jako ①). I zde je syntetické magnetické pole generováno pod úhlem 90° vzhledem k magnetickému poli permanentního magnetu a otáčí se ve směru hodinových ručiček.
④～⑥
Otočte stejným způsobem jako ① až ③.
Tímto způsobem, pokud je proud tekoucí do cívky plynule sekvenčně přepínán podle polohy permanentního magnetu, bude se permanentní magnet otáčet pevným směrem. Podobně, pokud je proud obrácený a směr syntetického magnetického pole je obrácený, bude se otáčet proti směru hodinových ručiček.
Následující diagram ukazuje proudy v každé cívce pro každý z výše uvedených kroků ① až ⑥ za sebou. Vztah mezi změnou proudu a rotací by měl být chápán výše uvedeným popisem.
Krokové motory
A stepper motor is a motor that can accurately control the rotation angle and speed synchronized with a pulse signal, also known as a "pulse motor. Stepper motors are widely used in equipment that requires positioning because accurate positioning can be achieved by open-loop control without the use of position sensors.
Struktura krokového motoru (dvoufázové bipolární)
Následující schémata zleva doprava ukazují příklad vzhledu krokového motoru, náčrt vnitřní struktury a náčrt koncepce konstrukce.
V příkladu vzhledu je uveden vzhled krokových motorů typu HB (hybrid) a typu PM (permanentní magnet). Strukturní diagram uprostřed je uveden také pro typ HB a typ PM.
Krokový motor je konstrukce, ve které je cívka pevná a permanentní magnet se otáčí. Koncepční schéma vnitřní struktury krokového motoru vpravo je příkladem PM motoru využívajícího dvoufázové (dvě sady) cívek. V základním příkladu konstrukce krokového motoru jsou cívky uspořádány na vnější straně a permanentní magnety jsou uspořádány uvnitř. Kromě dvoufázových cívek existují i typy s větším počtem fází jako třífázové a pětifázové.
Některé krokové motory mají jiné odlišné struktury, ale základní struktura krokového motoru je uvedena v tomto dokumentu, aby se usnadnilo představení principu jeho činnosti. Doufáme, že prostřednictvím tohoto článku pochopíme základní strukturu krokových motorů s pevnými cívkami a rotujícími permanentními magnety.
Základní princip činnosti krokového motoru (jednofázové buzení)
Následující schéma slouží k představení základního principu činnosti krokového motoru. Toto je příklad buzení pro každou fázi (sadu cívek) dvoufázových cívek bipolárního typu výše. Předpokladem diagramu je, že se stav změní z ① na ④. Cívky se skládají z cívky 1 a cívky 2. Kromě toho šipky proudu ukazují směr toku proudu.
①
・Zajistěte, aby proud tekl z levé strany cívky 1 a ven z pravé strany cívky 1.
・Nedovolte, aby proud procházel cívkou 2.
・V tomto okamžiku se vnitřní strana levé cívky 1 změní na N a vnitřní strana pravé cívky 1 na S.
・V důsledku toho je střední permanentní magnet přitahován magnetickým polem cívky 1 a mění se na levou stranu S a pravou stranu N a zastaví se.
②
・Proud cívky 1 se zastaví, takže proud teče dovnitř z horní strany cívky 2 a ven ze spodní strany cívky 2.
・Vnitřní strana horní cívky 2 se změní na N a vnitřní strana spodní cívky 2 se změní na S.
・Permanentní magnet je přitahován magnetickým polem a otáčí se o 90° ve směru hodinových ručiček, aby se zastavil.
③
・Proud cívky 2 se zastaví, takže proud teče dovnitř z pravé strany cívky 1 a ven z levé strany cívky 1.
・Vnitřní strana levé cívky 1 se změní na S a vnitřní strana pravé cívky 1 se změní na N.
・Permanentní magnet je přitahován svým magnetickým polem a otočí se ve směru hodinových ručiček o dalších 90°, aby se zastavil.
④
・Zastavte proud v cívce 1 tak, aby proud protékal ze spodní strany cívky 2 a odcházel z horní strany cívky 2.
・Vnitřní strana horní cívky 2 se změní na S a vnitřní strana spodní cívky 2 se změní na N.
・Permanentní magnet je přitahován svým magnetickým polem a otočí se ve směru hodinových ručiček o dalších 90°, aby se zastavil.
Krokový motor lze otáčet přepínáním proudu procházejícího cívkou elektronickým obvodem v pořadí ① až ④ výše. V tomto příkladu každá spínací akce způsobí otočení krokového motoru o 90°.
Kromě toho, když proud nepřetržitě protéká cívkou, může být udržován stav zastavení a krokový motor může mít přídržný moment. Mimochodem, pokud je pořadí proudu protékajícího cívkou obrácené, krokový motor se může otáčet obráceně.
Najděte profesionálního výrobce průmyslových motorů - Dongchun motor China
