Près de la moitié de la consommation électrique mondiale est consommée par les moteurs, c'est pourquoi le rendement élevé des moteurs est considéré comme la mesure la plus efficace pour résoudre les problèmes énergétiques mondiaux.
D'une manière générale, il fait référence à la transformation de la force générée par le courant circulant dans le champ magnétique en action rotative et, au sens large, il inclut également une action linéaire.Selon le type d'alimentation entraînée par le moteur, elle peut être divisée en moteur à courant continu et moteur à courant alternatif.Selon le principe de rotation du moteur, il peut être grossièrement divisé dans les catégories suivantes.(sauf moteurs spéciaux)
Moteur à courant alternatif Moteur à balais : Le moteur à balais largement utilisé est généralement appelé moteur à courant continu.Une électrode appelée « brosse » (côté stator) et un « commutateur » (côté induit) sont contactés séquentiellement pour commuter le courant, effectuant ainsi une action de rotation.Moteur CC sans balais : il n'a pas besoin de balais ni de collecteurs, mais utilise des fonctions de commutation telles que des transistors pour commuter le courant et effectuer une rotation.Moteur pas à pas : ce moteur fonctionne de manière synchrone avec la puissance d'impulsion, il est donc également appelé moteur à impulsion.Sa caractéristique est qu'il peut facilement réaliser une opération de positionnement précise.Moteur asynchrone : le courant alternatif fait que le stator produit un champ magnétique rotatif, ce qui fait que le rotor produit un courant induit et tourne sous son interaction.Moteur à courant alternatif (courant alternatif) Moteur synchrone : le courant alternatif crée un champ magnétique tournant et le rotor avec les pôles magnétiques tourne en raison de l'attraction.Le taux de rotation est synchronisé avec la fréquence du réseau.
Sur le courant, le champ magnétique et la force Tout d'abord, afin de faciliter l'explication suivante du principe du moteur, passons en revue les lois/règles de base concernant le courant, le champ magnétique et la force.Même s'il existe un sentiment de nostalgie, il est facile d'oublier cette connaissance si l'on n'utilise pas souvent des composants magnétiques.
Comment tourne le moteur ?1) le moteur tourne à l’aide d’aimants et de la force magnétique.Autour d'un aimant permanent à arbre rotatif, ① faites tourner l'aimant (pour générer un champ magnétique tournant), ② selon le principe selon lequel différents pôles du pôle N et du pôle S s'attirent et un même niveau se repoussent, ③ l'aimant avec un l'arbre rotatif tournera.
Le courant circulant dans le fil provoque un champ magnétique rotatif (force magnétique) autour de lui, de sorte que l'aimant tourne, ce qui est en fait le même état d'action que celui-ci.
De plus, lorsque le fil est enroulé en bobine, la force magnétique est synthétisée, formant un flux de champ magnétique important (flux magnétique), résultant en un pôle N et un pôle S.De plus, en insérant le noyau de fer dans le conducteur en forme de bobine, les lignes de champ magnétique deviennent faciles à traverser et peuvent générer une force magnétique plus forte.2) Moteur rotatif réel Ici, en tant que méthode pratique de rotation d'une machine électrique, la méthode de fabrication d'un champ magnétique rotatif en utilisant un courant alternatif triphasé et une bobine est introduite.(Le courant alternatif triphasé est un signal alternatif avec un intervalle de phase de 120.) Les bobines enroulées autour du noyau de fer sont divisées en trois phases, et les bobines de phase U, les bobines de phase V et les bobines de phase W sont disposées à des intervalles de 120. Les bobines à haute tension génèrent N pôles et les bobines à basse tension génèrent des pôles S.Chaque phase change selon une onde sinusoïdale, donc la polarité (pôle N, pôle S) générée par chaque bobine et son champ magnétique (force magnétique) changeront.À ce stade, regardez simplement les bobines qui génèrent N pôles et changez-les dans l'ordre bobine de phase U → bobine de phase V → bobine de phase W → bobine de phase U, tournant ainsi.Structure du petit moteur La figure suivante montre la structure générale et la comparaison du moteur pas à pas, du moteur à courant continu avec balais et du moteur à courant continu sans balais.Les composants de base de ces moteurs sont principalement des bobines, des aimants et des rotors.De plus, en raison de différents types, ils sont divisés en type fixe à bobine et type fixe à aimant.
Ici, l'aimant du moteur à courant continu à balais est fixé à l'extérieur et la bobine tourne à l'intérieur.Le balai et le collecteur sont chargés de fournir de l'énergie à la bobine et de changer la direction du courant.Ici, la bobine du moteur brushless est fixée à l'extérieur et l'aimant tourne à l'intérieur.En raison des différents types de moteurs, leurs structures sont différentes même si les composants de base sont les mêmes.Cela sera expliqué en détail dans chaque partie.Moteur à balais Structure du moteur à balais Voici l'apparence du moteur à courant continu à balais souvent utilisé dans le modèle, ainsi que le schéma schématique éclaté du moteur ordinaire à deux pôles (deux aimants) à trois emplacements (trois bobines).Peut-être que beaucoup de gens ont l'expérience du démontage du moteur et du retrait de l'aimant.On peut voir que l'aimant permanent du moteur à courant continu à balais est fixe et que la bobine du moteur à courant continu à balais peut tourner autour du centre intérieur.Le côté fixe est appelé « stator » et le côté rotatif est appelé « rotor ».
Principe de rotation du moteur de la brosse ① Tournez dans le sens inverse des aiguilles d'une montre à partir de l'état initial. La bobine A est en haut, connectant l'alimentation à la brosse, et laissez le côté gauche être (+) et le côté droit être (-).Un courant important circule du balai gauche vers la bobine A à travers le collecteur.Il s'agit d'une structure dans laquelle la partie supérieure (extérieure) de la bobine A devient le pôle S.Étant donné que la moitié du courant de la bobine A circule de la brosse gauche vers la bobine B et la bobine C dans la direction opposée à la bobine A, les côtés extérieurs de la bobine B et de la bobine C deviennent des pôles N faibles (indiqués par des lettres légèrement plus petites dans le chiffre).Le champ magnétique généré dans ces bobines ainsi que la répulsion et l’attraction des aimants font tourner les bobines dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.② poursuite de la rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.Ensuite, on suppose que le balai droit est en contact avec deux collecteurs dans l'état où la bobine A tourne de 30 degrés dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.Le courant de la bobine A circule continuellement du balai gauche vers le balai droit, et le côté extérieur de la bobine maintient le pôle S.Le même courant que la bobine A traverse la bobine B, et l'extérieur de la bobine B devient un pôle N plus fort.Puisque les deux extrémités de la bobine C sont court-circuitées par des balais, aucun courant ne circule et aucun champ magnétique n'est généré.Même dans ce cas, il sera soumis à la force de rotation dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.De ③ à ④, la bobine supérieure reçoit en permanence la force se déplaçant vers la gauche, et la bobine inférieure reçoit en permanence la force se déplaçant vers la droite et continue de tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.Lorsque la bobine tourne vers ③ et ④ tous les 30 degrés, lorsque la bobine est située au-dessus de l'axe horizontal central, le côté extérieur de la bobine devient le pôle S ;Lorsque la bobine est située en dessous, elle devient pôle N, et ce mouvement se répète.En d’autres termes, la bobine supérieure est soumise à plusieurs reprises à une force se déplaçant vers la gauche, et la bobine inférieure est soumise à plusieurs reprises à une force se déplaçant vers la droite (dans le sens inverse des aiguilles d’une montre).Cela fait que le rotor tourne toujours dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.Si l'alimentation est connectée au balai gauche opposé (-) et au balai droit (+), un champ magnétique de directions opposées sera généré dans la bobine, donc la direction de la force appliquée à la bobine est également opposée, en tournant dans le sens des aiguilles d'une montre. .De plus, lorsque l’alimentation électrique est déconnectée, le rotor du moteur à brosse cessera de tourner car il n’y a pas de champ magnétique pour le maintenir en rotation.Moteur sans balais triphasé à onde complète Apparence et structure du moteur sans balais triphasé à onde complète
Schéma de structure interne et circuit équivalent de connexion de bobine d'un moteur sans balais triphasé à onde complète. Voici ensuite le schéma de principe de la structure interne et le schéma de circuit équivalent de connexion de bobine.Le schéma de structure interne est un exemple simple d'un moteur à 2 pôles (2 aimants) à 3 emplacements (3 bobines).Il est similaire à la structure du moteur à balais avec le même nombre de pôles et de fentes, mais le côté bobine est fixe et l'aimant peut tourner.Bien entendu, il n’y a pas de pinceau.Dans ce cas, la bobine adopte la méthode de connexion en Y, et l'élément semi-conducteur est utilisé pour fournir du courant à la bobine, et l'entrée et la sortie de courant sont contrôlées en fonction de la position de l'aimant rotatif.Dans cet exemple, un élément Hall est utilisé pour détecter la position de l'aimant.L'élément Hall est disposé entre les bobines et détecte la tension générée en fonction de l'intensité du champ magnétique et l'utilise comme information de position.Dans l'image du moteur de broche FDD donnée précédemment, on peut également voir qu'il y a un élément Hall (au-dessus de la bobine) entre la bobine et la bobine pour détecter la position.L'élément Hall est un capteur magnétique bien connu.L'amplitude du champ magnétique peut être convertie en amplitude de tension, et la direction du champ magnétique peut être représentée par positive et négative.
Principe de rotation du moteur sans balais triphasé à onde complète Ensuite, le principe de rotation du moteur sans balais sera expliqué selon les étapes ① ~ ⑥.Pour une compréhension facile, l’aimant permanent est ici simplifié de circulaire à rectangulaire.① Dans la bobine triphasée, laissez la bobine 1 être fixée dans le sens 12 heures de l'horloge, la bobine 2 soit fixée dans le sens 4 heures de l'horloge et la bobine 3 soit fixée dans le sens 8. heures, direction de l'horloge.Laissez le pôle N de l'aimant permanent à 2 pôles être à gauche et le pôle S à droite, et il peut tourner.Un courant Io circule dans la bobine 1 pour générer un champ magnétique de pôle S à l'extérieur de la bobine.Le courant Io/2 circule depuis la bobine 2 et la bobine 3 pour générer un champ magnétique à pôles N à l'extérieur de la bobine.Lorsque les champs magnétiques des bobines 2 et 3 sont synthétisés vectoriellement, un champ magnétique à N pôles est généré vers le bas, qui est 0,5 fois la taille du champ magnétique généré lorsque le courant Io traverse une bobine et lorsqu'il est ajouté au champ magnétique. champ de la bobine 1, il devient 1,5 fois.Cela produira un champ magnétique composite avec un angle de 90 par rapport à l'aimant permanent, de sorte que le couple maximum puisse être généré et que l'aimant permanent tourne dans le sens des aiguilles d'une montre.Lorsque le courant de la bobine 2 est réduit et que le courant de la bobine 3 augmente en fonction de la position de rotation, le champ magnétique résultant tourne également dans le sens des aiguilles d'une montre et l'aimant permanent continue également de tourner.② Lorsqu'il est tourné de 30 degrés, le courant Io circule dans la bobine 1, de sorte que le courant dans la bobine 2 est nul et le courant Io sort de la bobine 3. Le côté extérieur de la bobine 1 devient un pôle S, et le côté extérieur de la bobine 3 devient un pôle N.Lorsque les vecteurs sont combinés, le champ magnétique généré est √3 (≈1,72) fois celui généré lorsque le courant Io traverse une bobine.Cela produira également un champ magnétique résultant à un angle de 90 par rapport au champ magnétique de l'aimant permanent et tournera dans le sens des aiguilles d'une montre.Lorsque le courant d'entrée Io de la bobine 1 est réduit en fonction de la position de rotation, le courant d'entrée de la bobine 2 augmente de zéro et le courant de sortie de la bobine 3 augmente jusqu'à Io, le champ magnétique résultant tourne également dans le sens des aiguilles d'une montre, et l'aimant permanent continue de tourner.En supposant que chaque courant de phase est sinusoïdal, la valeur du courant ici est io× sin (π 3) = io× √ 32. Grâce à la synthèse vectorielle du champ magnétique, le champ magnétique total est (√ 32) 2× 2 = 1,5 fois le champ magnétique généré par une bobine.※.Lorsque chaque courant de phase est une onde sinusoïdale, quel que soit l'emplacement de l'aimant permanent, l'amplitude du champ magnétique composite vectoriel est 1,5 fois supérieure au champ magnétique généré par une bobine, et le champ magnétique forme un angle de 90 degrés par rapport à le champ magnétique de l'aimant permanent.③ Dans l'état de rotation continue de 30 degrés, le courant Io/2 circule dans la bobine 1, le courant Io/2 circule dans la bobine 2 et le courant Io sort de la bobine 3. Le côté extérieur de la bobine 1 devient le pôle S. , le côté extérieur de la bobine 2 devient le pôle S, et le côté extérieur de la bobine 3 devient le pôle N.Lorsque les vecteurs sont combinés, le champ magnétique généré est 1,5 fois celui généré lorsque le courant Io circule dans une bobine (le même que ①).Ici, un champ magnétique synthétique avec un angle de 90 degrés par rapport au champ magnétique de l'aimant permanent sera également généré et tourné dans le sens des aiguilles d'une montre.④～⑥ Faites pivoter de la même manière que ① ~ ③.De cette façon, si le courant circulant dans la bobine est continuellement commuté en fonction de la position de l'aimant permanent, l'aimant permanent tournera dans une direction fixe.De même, si le courant circule dans la direction opposée et que le champ magnétique synthétique est inversé, il tournera dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.La figure suivante montre le courant de chaque bobine à chaque étape de ① à ⑥.Grâce à l'introduction ci-dessus, nous devrions être en mesure de comprendre la relation entre le changement actuel et la rotation.Moteur pas à pas Le moteur pas à pas est une sorte de moteur qui peut contrôler l'angle de rotation et la vitesse de manière synchrone et précise avec le signal d'impulsion.Le moteur pas à pas est également appelé « moteur à impulsions ».Le moteur pas à pas est largement utilisé dans les équipements nécessitant un positionnement, car il peut réaliser un positionnement précis uniquement grâce à un contrôle en boucle ouverte sans utiliser de capteur de position.Structure du moteur pas à pas (bipolaire biphasé) Dans les exemples d'apparence, les apparences des moteurs pas à pas HB (hybride) et PM (aimant permanent) sont données.Le diagramme de structure au milieu montre également la structure de HB et PM.Le moteur pas à pas est une structure avec bobine fixe et aimant permanent rotatif.Le schéma conceptuel de la structure interne du moteur pas à pas à droite est un exemple de moteur PM utilisant des bobines biphasées (deux groupes).Dans l'exemple de structure de base d'un moteur pas à pas, la bobine est disposée à l'extérieur et l'aimant permanent est disposé à l'intérieur.En plus des deux phases, il existe de nombreux types de bobines à trois phases et cinq phases égales.Certains moteurs pas à pas ont d'autres structures différentes, mais afin de présenter leurs principes de fonctionnement, cet article donne la structure de base des moteurs pas à pas.Grâce à cet article, j'espère comprendre que le moteur pas à pas adopte essentiellement la structure de fixation de bobine et de rotation d'aimant permanent.Principe de fonctionnement de base du moteur pas à pas (excitation monophasée) Les utilisations suivantes servent à présenter le principe de fonctionnement de base du moteur pas à pas.① Le courant entre par le côté gauche de la bobine 1 et sort par le côté droit de la bobine 1. Ne laissez pas le courant circuler à travers la bobine 2. À ce moment, l'intérieur de la bobine gauche 1 devient N et l'intérieur de la bobine droite 1 devient S.. Par conséquent, l'aimant permanent du milieu est attiré par le champ magnétique de la bobine 1, et s'arrête dans l'état du côté gauche S et du côté droit N.. ② Arrêtez le courant dans la bobine 1, de sorte que le courant entre par le côté supérieur de la bobine 2 et sort par le côté inférieur de la bobine 2. Le côté intérieur de la bobine supérieure 2 devient N et le côté intérieur de la bobine inférieure 2 devient S. L'aimant permanent est attiré par son champ magnétique et arrête de tourner de 90 dans le sens des aiguilles d'une montre.③ Arrêtez le courant dans la bobine 2, de sorte que le courant entre par le côté droit de la bobine 1 et ressorte par le côté gauche de la bobine 1. L'intérieur de la bobine gauche 1 devient S et l'intérieur de la bobine droite 1. devient N.. L'aimant permanent est attiré par son champ magnétique et tourne dans le sens des aiguilles d'une montre sur 90 degrés supplémentaires pour s'arrêter.④ Arrêtez le courant dans la bobine 1, de sorte que le courant entre par le côté inférieur de la bobine 2 et ressorte par le côté supérieur de la bobine 2. L'intérieur de la bobine supérieure 2 devient S, et l'intérieur du la bobine inférieure 2 devient N. L'aimant permanent est attiré par son champ magnétique et tourne dans le sens des aiguilles d'une montre sur 90 degrés supplémentaires pour s'arrêter.Le moteur pas à pas peut être tourné en commutant le courant circulant dans la bobine dans l'ordre ci-dessus de ① à ④ via le circuit électronique.Dans cet exemple, chaque action de commutateur fera tourner le moteur pas à pas de 90. De plus, lorsque le courant circule continuellement à travers une certaine bobine, il peut maintenir l'état d'arrêt et donner au moteur pas à pas le couple de maintien.À propos, si le courant circulant dans la bobine est inversé, le moteur pas à pas peut tourner dans le sens opposé.
