Fast die Hälfte des weltweiten Stromverbrauchs wird von Motoren verbraucht, daher gilt der hohe Wirkungsgrad von Motoren als die wirksamste Maßnahme zur Lösung der weltweiten Energieprobleme.
Im Allgemeinen bezieht es sich auf die Umwandlung der Kraft, die durch den im Magnetfeld fließenden Strom erzeugt wird, in eine Drehwirkung, und im weiteren Sinne umfasst es auch eine lineare Wirkung.Je nach Art der vom Motor angetriebenen Stromversorgung kann dieser in Gleichstrommotor und Wechselstrommotor unterteilt werden.Nach dem Prinzip der Motorrotation lässt es sich grob in folgende Kategorien einteilen.(außer Sondermotoren)
Wechselstrommotor Bürstenmotor: Der weit verbreitete Bürstenmotor wird allgemein als Gleichstrommotor bezeichnet.Eine als „Bürste“ bezeichnete Elektrode (Statorseite) und ein „Kommutator“ (Ankerseite) werden nacheinander kontaktiert, um den Strom zu schalten und dadurch eine Drehbewegung auszuführen.Bürstenloser Gleichstrommotor: Er benötigt keine Bürsten und Kommutatoren, sondern nutzt Schaltfunktionen wie Transistoren, um den Strom zu schalten und eine Drehung auszuführen.Schrittmotor: Dieser Motor arbeitet synchron mit Impulsleistung, daher wird er auch Impulsmotor genannt.Seine Besonderheit besteht darin, dass eine genaue Positionierung problemlos möglich ist.Asynchronmotor: Wechselstrom bewirkt, dass der Stator ein rotierendes Magnetfeld erzeugt, wodurch der Rotor einen induzierten Strom erzeugt und sich unter seiner Wechselwirkung dreht.AC-Motor (Wechselstrommotor) Synchronmotor: Wechselstrom erzeugt ein rotierendes Magnetfeld, und der Rotor mit den Magnetpolen dreht sich aufgrund der Anziehung.Die Rotationsgeschwindigkeit ist mit der Netzfrequenz synchronisiert.
Über Strom, Magnetfeld und Kraft Um die folgende Erklärung des Motorprinzips zu erleichtern, werfen wir zunächst einen Blick auf die grundlegenden Gesetze/Regeln über Strom, Magnetfeld und Kraft.Obwohl ein Gefühl der Nostalgie aufkommt, vergisst man dieses Wissen leicht, wenn man magnetische Komponenten nicht oft verwendet.
Wie dreht sich der Motor?1) Der Motor dreht sich mit Hilfe von Magneten und Magnetkraft.Um einen Permanentmagneten mit rotierender Welle, ① rotieren Sie den Magneten (um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen), ② nach dem Prinzip, dass sich unterschiedliche Pole des Nordpols und des Südpols anziehen und sich auf gleicher Ebene abstoßen, ③ der Magnet mit a rotierende Welle dreht sich.
Der im Draht fließende Strom verursacht um ihn herum ein rotierendes Magnetfeld (Magnetkraft), so dass sich der Magnet dreht, was eigentlich der gleiche Aktionszustand ist wie dieser.
Wenn der Draht zu einer Spule gewickelt wird, wird außerdem die magnetische Kraft synthetisiert, wodurch ein großer magnetischer Feldfluss (magnetischer Fluss) entsteht, was zu einem N-Pol und einem S-Pol führt.Darüber hinaus können die magnetischen Feldlinien durch das Einsetzen des Eisenkerns in den spulenförmigen Leiter leichter passieren und eine stärkere Magnetkraft erzeugen.2) Tatsächlich rotierender Motor Hier wird als praktische Methode zur rotierenden elektrischen Maschine die Methode zur Herstellung eines rotierenden Magnetfelds unter Verwendung von Dreiphasen-Wechselstrom und Spule vorgestellt.(Dreiphasen-Wechselstrom ist ein Wechselstromsignal mit einem Phasenintervall von 120.) Die um den Eisenkern gewickelten Spulen sind in drei Phasen unterteilt, und U-Phasen-Spulen, V-Phasen-Spulen und W-Phasen-Spulen sind in Abständen von angeordnet 120. Die Spulen mit hoher Spannung erzeugen N-Pole und die Spulen mit niedriger Spannung erzeugen S-Pole.Jede Phase ändert sich entsprechend einer Sinuswelle, sodass sich die von jeder Spule erzeugte Polarität (N-Pol, S-Pol) und ihr Magnetfeld (Magnetkraft) ändern.Schauen Sie sich zu diesem Zeitpunkt einfach die Spulen an, die N-Pole erzeugen, und ändern Sie sie in der Reihenfolge U-Phasen-Spule → V-Phasen-Spule → W-Phasen-Spule → U-Phasen-Spule, sodass sie sich drehen.Aufbau eines Kleinmotors Die folgende Abbildung zeigt den allgemeinen Aufbau und den Vergleich von Schrittmotor, bürstenbehaftetem Gleichstrommotor und bürstenlosem Gleichstrommotor.Die Grundkomponenten dieser Motoren sind hauptsächlich Spulen, Magnete und Rotoren.Aufgrund der unterschiedlichen Typen werden sie außerdem in spulenfeste Typen und magnetfeste Typen unterteilt.
Dabei ist der Magnet des Bürsten-Gleichstrommotors außen befestigt und die Spule dreht sich innen.Die Bürste und der Kommutator sind für die Stromversorgung der Spule und die Änderung der Stromrichtung verantwortlich.Dabei ist die Spule des bürstenlosen Motors außen befestigt und der Magnet dreht sich innen.Aufgrund der unterschiedlichen Motortypen sind ihre Strukturen unterschiedlich, auch wenn die Grundkomponenten gleich sind.Es wird in jedem Teil ausführlich erklärt.Bürstenmotor Struktur des Bürstenmotors Im Folgenden sehen Sie das Erscheinungsbild des im Modell häufig verwendeten Gleichstrommotors mit Bürsten und die schematische Explosionsdarstellung des gewöhnlichen zweipoligen (zwei Magnete) Dreischlitzmotors (drei Spulen).Vielleicht haben viele Menschen die Erfahrung gemacht, den Motor zu zerlegen und den Magneten herauszunehmen.Es ist ersichtlich, dass der Permanentmagnet des Bürsten-Gleichstrommotors fest ist und die Spule des Bürsten-Gleichstrommotors um die innere Mitte rotieren kann.Die feste Seite wird „Stator“ und die rotierende Seite „Rotor“ genannt.
Drehprinzip des Bürstenmotors ① Vom Ausgangszustand aus gegen den Uhrzeigersinn drehen. Spule A befindet sich oben und verbindet die Stromversorgung mit der Bürste. Die linke Seite ist (+) und die rechte Seite ist (-).Ein großer Strom fließt von der linken Bürste durch den Kommutator zur Spule A.Dies ist eine Struktur, bei der der obere Teil (Außenseite) der Spule A zum Südpol wird.Da die Hälfte des Stroms von Spule A von der linken Bürste zu Spule B und Spule C in der entgegengesetzten Richtung zu Spule A fließt, werden die Außenseiten von Spule B und Spule C zu schwachen N-Polen (angezeigt durch etwas kleinere Buchstaben in der Abbildung). Figur).Das in diesen Spulen erzeugte Magnetfeld und die Abstoßung und Anziehung der Magnete bewirken, dass sich die Spulen gegen den Uhrzeigersinn drehen.② weitere Drehung gegen den Uhrzeigersinn.Als nächstes wird angenommen, dass die rechte Bürste in Kontakt mit zwei Kommutatoren steht, wenn sich die Spule A um 30 Grad gegen den Uhrzeigersinn dreht.Der Strom der Spule A fließt kontinuierlich von der linken Bürste zur rechten Bürste, und die Außenseite der Spule hält den S-Pol.Durch die Spule B fließt der gleiche Strom wie durch die Spule A, und die Außenseite der Spule B wird zu einem stärkeren N-Pol.Da beide Enden der Spule C durch Bürsten kurzgeschlossen sind, fließt kein Strom und es wird kein Magnetfeld erzeugt.Selbst in diesem Fall wird es der Kraft einer Drehung gegen den Uhrzeigersinn ausgesetzt.Von ③ bis ④ nimmt die obere Spule kontinuierlich die Kraft auf, die sich nach links bewegt, und die untere Spule empfängt kontinuierlich die Kraft, die sich nach rechts bewegt, und dreht sich weiterhin gegen den Uhrzeigersinn.Wenn sich die Spule alle 30 Grad zu ③ und ④ dreht und sich über der zentralen horizontalen Achse befindet, wird die Außenseite der Spule zum S-Pol.Wenn sich die Spule unten befindet, wird sie zum Nordpol und diese Bewegung wiederholt sich.Mit anderen Worten: Die obere Spule wird wiederholt einer Kraft ausgesetzt, die sich nach links bewegt, und die untere Spule wird wiederholt einer Kraft ausgesetzt, die sich nach rechts bewegt (beide gegen den Uhrzeigersinn).Dadurch dreht sich der Rotor immer gegen den Uhrzeigersinn.Wenn die Stromversorgung an die gegenüberliegende linke Bürste (-) und rechte Bürste (+) angeschlossen wird, wird in der Spule ein Magnetfeld mit entgegengesetzter Richtung erzeugt, sodass die Richtung der auf die Spule ausgeübten Kraft ebenfalls entgegengesetzt ist und sich im Uhrzeigersinn dreht .Darüber hinaus hört der Rotor des Bürstenmotors auf, sich zu drehen, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, da kein Magnetfeld vorhanden ist, um ihn in Drehung zu halten.Dreiphasiger bürstenloser Vollwellenmotor. Aussehen und Struktur des dreiphasigen bürstenlosen Vollwellenmotors
Internes Strukturdiagramm und Ersatzschaltbild der Spulenverbindung eines dreiphasigen bürstenlosen Vollwellenmotors. Als nächstes folgt das schematische Diagramm der internen Struktur und das Ersatzschaltbild der Spulenverbindung.Das interne Strukturdiagramm ist ein einfaches Beispiel eines 2-poligen (2 Magnete) 3-Schlitz-Motors (3 Spulen).Es ähnelt der Struktur des Bürstenmotors mit der gleichen Anzahl an Polen und Schlitzen, aber die Spulenseite ist fest und der Magnet kann rotieren.Natürlich gibt es keine Bürste.In diesem Fall verwendet die Spule die Y-Verbindungsmethode, und das Halbleiterelement wird verwendet, um der Spule Strom zuzuführen, und der Stromzufluss und -abfluss wird entsprechend der Position des rotierenden Magneten gesteuert.In diesem Beispiel wird ein Hall-Element verwendet, um die Position des Magneten zu erfassen.Das zwischen den Spulen angeordnete Hall-Element erfasst anhand der magnetischen Feldstärke die erzeugte Spannung und nutzt diese als Positionsinformation.Im Bild des FDD-Spindelmotors oben ist auch zu sehen, dass sich zwischen der Spule und der Spule ein Hall-Element (über der Spule) befindet, um die Position zu erkennen.Das Hall-Element ist ein bekannter Magnetsensor.Die Größe des Magnetfelds kann in die Größe der Spannung umgewandelt werden, und die Richtung des Magnetfelds kann durch positiv und negativ dargestellt werden.
Rotationsprinzip des bürstenlosen Dreiphasen-Vollwellenmotors Als nächstes wird das Rotationsprinzip des bürstenlosen Motors anhand der Schritte ① bis ⑥ erläutert.Zum besseren Verständnis wird der Permanentmagnet hier vereinfacht von rund auf rechteckig umgestellt.① In der Dreiphasenspule soll die Spule 1 in der 12-Uhr-Richtung der Uhr befestigt sein, die Spule 2 in der 4-Uhr-Richtung der Uhr befestigt sein und die Spule 3 in der 8-Uhr-Richtung befestigt sein Uhrrichtung der Uhr.Befindet sich der Nordpol des 2-poligen Permanentmagneten links und der Südpol rechts, kann er sich drehen.Ein Strom Io fließt in die Spule 1, um außerhalb der Spule ein S-Pol-Magnetfeld zu erzeugen.Der Io/2-Strom fließt von der Spule 2 und der Spule 3, um außerhalb der Spule ein N-Pol-Magnetfeld zu erzeugen.Wenn die Magnetfelder von Spule 2 und Spule 3 vektorsynthetisiert werden, wird ein nach unten gerichtetes N-Pol-Magnetfeld erzeugt, das 0,5-mal so groß ist wie das Magnetfeld, das erzeugt wird, wenn der Strom Io durch eine Spule fließt, und wenn er zum magnetischen Feld addiert wird Feld von Spule 1 beträgt es das 1,5-fache.Dadurch entsteht ein zusammengesetztes Magnetfeld mit einem Winkel von 90° relativ zum Permanentmagneten, sodass das maximale Drehmoment erzeugt werden kann und der Permanentmagnet sich im Uhrzeigersinn dreht.Wenn der Strom der Spule 2 verringert und der Strom der Spule 3 entsprechend der Drehposition erhöht wird, dreht sich das resultierende Magnetfeld ebenfalls im Uhrzeigersinn und der Permanentmagnet dreht sich ebenfalls weiter.② Bei einer Drehung um 30 Grad fließt der Strom Io in die Spule 1, sodass der Strom in der Spule 2 Null ist und der Strom Io aus der Spule 3 fließt. Die Außenseite der Spule 1 wird zum S-Pol. und die Außenseite der Spule 3 wird zum N-Pol.Wenn die Vektoren kombiniert werden, ist das erzeugte Magnetfeld √3(≈1,72) mal so groß wie das, das erzeugt wird, wenn der Strom Io durch eine Spule fließt.Dies erzeugt auch ein resultierendes Magnetfeld in einem Winkel von 90 zum Magnetfeld des Permanentmagneten und dreht sich im Uhrzeigersinn.Wenn der Zuflussstrom Io der Spule 1 entsprechend der Drehposition verringert wird, der Zuflussstrom der Spule 2 von Null aus erhöht wird und der Abflussstrom der Spule 3 auf Io erhöht wird, dreht sich das resultierende Magnetfeld ebenfalls im Uhrzeigersinn. und der Permanentmagnet dreht sich weiter.Unter der Annahme, dass jeder Phasenstrom sinusförmig ist, beträgt der Stromwert hier io× sin (π 3) = io× √ 32. Durch Vektorsynthese des Magnetfelds beträgt das gesamte Magnetfeld (√ 32) 2× 2 = 1,5 mal Magnetfeld, das von einer Spule erzeugt wird.※.Wenn jeder Phasenstrom eine Sinuswelle ist, beträgt die Größe des zusammengesetzten Vektormagnetfelds unabhängig von der Position des Permanentmagneten das 1,5-fache des von einer Spule erzeugten Magnetfelds, und das Magnetfeld bildet dazu einen Winkel von 90 Grad das Magnetfeld des Permanentmagneten.③ Im Zustand der weiteren Drehung um 30 Grad fließt Strom Io/2 in Spule 1, Strom Io/2 fließt in Spule 2 und Strom Io fließt aus Spule 3. Die Außenseite der Spule 1 wird zum S-Pol , wird die Außenseite der Spule 2 zum S-Pol und die Außenseite der Spule 3 wird zum N-Pol.Wenn die Vektoren kombiniert werden, ist das erzeugte Magnetfeld 1,5-mal so groß wie das, das entsteht, wenn der Strom Io durch eine Spule fließt (dasselbe wie ①).Dabei wird ebenfalls ein synthetisches Magnetfeld mit einem Winkel von 90 Grad zum Magnetfeld des Permanentmagneten erzeugt und im Uhrzeigersinn gedreht.④～⑥ Drehen Sie auf die gleiche Weise wie ① ~ ③.Wenn auf diese Weise der in die Spule fließende Strom entsprechend der Position des Permanentmagneten kontinuierlich umgeschaltet wird, dreht sich der Permanentmagnet in einer festen Richtung.Wenn der Strom in die entgegengesetzte Richtung fließt und das synthetische Magnetfeld umgekehrt wird, dreht es sich entsprechend gegen den Uhrzeigersinn.Die folgende Abbildung zeigt den Strom jeder Spule in jedem Schritt von ① bis ⑥.Durch die obige Einführung sollten wir in der Lage sein, die Beziehung zwischen aktueller Veränderung und Rotation zu verstehen.Schrittmotor Ein Schrittmotor ist eine Art Motor, der den Drehwinkel und die Geschwindigkeit synchron und genau mit einem Impulssignal steuern kann.Der Schrittmotor wird auch „Pulsmotor“ genannt.Schrittmotoren werden häufig in Geräten verwendet, die eine Positionierung erfordern, da sie eine genaue Positionierung nur durch Steuerung ohne Verwendung eines Positionssensors erreichen können.Aufbau des Schrittmotors (zweiphasig bipolar) In den Aussehensbeispielen wird das Aussehen der Schrittmotoren HB (Hybrid) und PM (Permanentmagnet) dargestellt.Das Strukturdiagramm in der Mitte zeigt auch die Struktur von HB und PM.Der Schrittmotor ist eine Struktur mit fester Spule und rotierendem Permanentmagneten.Das konzeptionelle Diagramm der internen Struktur eines Schrittmotors auf der rechten Seite ist ein Beispiel für einen PM-Motor mit Zweiphasenspulen (zwei Gruppen).Im Grundaufbaubeispiel eines Schrittmotors ist die Spule außen und der Permanentmagnet innen angeordnet.Neben zwei Phasen gibt es viele Spulentypen mit drei Phasen und fünf gleichen Phasen.Einige Schrittmotoren haben unterschiedliche Strukturen. Um jedoch ihre Funktionsprinzipien vorzustellen, wird in diesem Artikel die Grundstruktur von Schrittmotoren erläutert.Durch diesen Artikel hoffe ich zu verstehen, dass der Schrittmotor im Wesentlichen die Struktur der Spulenfixierung und der Permanentmagnetrotation übernimmt.Grundlegendes Funktionsprinzip des Schrittmotors (einphasige Erregung) Im Folgenden wird das grundlegende Funktionsprinzip des Schrittmotors vorgestellt.① Strom fließt von der linken Seite der Spule 1 ein und von der rechten Seite der Spule 1 aus. Lassen Sie keinen Strom durch Spule 2 fließen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Innenseite der linken Spule 1 zu N und die Innenseite von Die rechte Spule 1 wird zu S. Daher wird der mittlere Permanentmagnet vom Magnetfeld der Spule 1 angezogen und stoppt im Zustand der linken Seite S und der rechten Seite N. ② Stoppen Sie den Strom in Spule 1. so dass der Strom von der Oberseite der Spule 2 einfließt und von der Unterseite der Spule 2 ausfließt. Die Innenseite der oberen Spule 2 wird zu N und die Innenseite der unteren Spule 2 wird zu S. Der Permanentmagnet wird von seinem Magnetfeld angezogen und stoppt die Drehung um 90 im Uhrzeigersinn.③ Stoppen Sie den Strom in Spule 2, sodass der Strom von der rechten Seite von Spule 1 einfließt und von der linken Seite von Spule 1 ausfließt. Die Innenseite der linken Spule 1 wird zu S und die Innenseite der rechten Spule 1 wird zu N. Der Permanentmagnet wird von seinem Magnetfeld angezogen und dreht sich zum Stoppen weitere 90 Grad im Uhrzeigersinn.④ Stoppen Sie den Strom in der Spule 1, sodass der Strom von der Unterseite der Spule 2 einfließt und von der Oberseite der Spule 2 ausfließt. Die Innenseite der oberen Spule 2 wird zu S und die Innenseite der Die untere Spule 2 wird zu N. Der Permanentmagnet wird von seinem Magnetfeld angezogen und dreht sich zum Stoppen weitere 90 Grad im Uhrzeigersinn.Der Schrittmotor kann gedreht werden, indem der durch die Spule fließende Strom in der oben genannten Reihenfolge von ① nach ④ über die elektronische Schaltung umgeschaltet wird.In diesem Beispiel dreht sich der Schrittmotor bei jeder Schalterbetätigung um 90°. Wenn außerdem kontinuierlich Strom durch eine bestimmte Spule fließt, kann dieser den Stoppzustand beibehalten und dem Schrittmotor das Haltedrehmoment verleihen.Wenn der Stromfluss durch die Spule umgekehrt wird, kann der Schrittmotor übrigens in die entgegengesetzte Richtung gedreht werden.
