브러시리스 DC 모터

브러시리스 DC 모터는 솔리드 스테이트 전력 반도체를 사용할 수 있는 기존 브러시 DC 모터에서 개발되었습니다. 그렇다면 AC 모터에 대한 장에서 브러시리스 DC 모터에 대해 논의하는 이유는 무엇입니까?

브러시리스 DC 모터는 AC 동기 모터와 유사합니다. 주요 차이점은 동기식 모터가 정현파 역 EMF을 발생시킨다는 것입니다. , 브러시리스 DC 모터의 직사각형 또는 사다리꼴 역기전력과 비교됩니다.

둘 다 고정자가 자기 회전자에서 토크를 생성하는 회전 자기장을 생성했습니다.

동기 모터는 일반적으로 전자석 로터가 있는 대형 멀티 킬로와트 크기입니다. 진정한 동기식 모터는 전력선 주파수의 배수인 단일 속도로 간주됩니다. 브러시리스 DC 모터는 영구 자석 로터가 있는 몇 와트에서 수십 와트 정도로 작은 경향이 있습니다.

브러시리스 DC 모터의 속도는 기준 주파수에 종속된 위상 고정 루프에 의해 구동되지 않는 한 고정되지 않습니다. 건축 스타일은 원통형 또는 팬케이크입니다.

원통 구조:(a) 외부 로터, (b) 내부 로터

가장 일반적인 구조인 원통형은 두 가지 형태를 취할 수 있습니다(위 그림). 가장 일반적인 원통형 스타일은 오른쪽 위의 내부에 로터가 있는 것입니다. 이 스타일의 모터는 하드 디스크 드라이브에 사용됩니다. 스테이터를 둘러싸고 있는 바깥쪽에 로터를 장착하는 것도 가능합니다.

샤프트가 없는 브러시리스 DC 팬 모터의 경우가 그렇습니다. 이 건축 스타일은 짧고 튼튼할 수 있습니다. 그러나 자속의 방향은 회전축에 대해 방사상입니다.

팬케이크 모터 구조:(a) 단일 고정자, (b) 이중 고정자

고토크 팬케이크 모터는 회전자의 양쪽에 고정자 코일이 있을 수 있습니다(위 그림-b).

플로피 디스크 드라이브 모터와 같은 낮은 토크 애플리케이션은 회전자의 한쪽에 고정자 코일이 있으면 충분합니다(위 그림-a). 자속의 방향은 축 방향, 즉 회전축과 평행합니다.

정류 기능은 광학 인코더, 자기 인코더(리졸버, 싱크로 등) 또는 홀 효과 자기 센서와 같은 다양한 샤프트 위치 센서에 의해 수행될 수 있습니다. 작고 저렴한 모터는 홀 효과 센서를 사용합니다.

홀 효과 센서는 전자 흐름이 전류 흐름 방향에 수직인 자기장의 영향을 받는 반도체 장치입니다. 4단자 가변 저항 네트워크처럼 보입니다. 두 출력의 전압은 상호 보완적입니다.

센서에 자기장을 가하면 출력에서 ​​작은 전압 변화가 발생합니다. 홀 출력은 전력 장치에 보다 안정적인 구동을 제공하기 위해 비교기를 구동할 수 있습니다. 또는 적절하게 바이어스되면 복합 트랜지스터 스테이지를 구동할 수 있습니다.

보다 현대적인 홀 효과 센서에는 통합 증폭기와 디지털 회로가 포함될 수 있습니다. 이 3-리드 장치는 위상 권선을 공급하는 전력 트랜지스터를 직접 구동할 수 있습니다. 센서의 위치를 ​​감지하려면 영구 자석 회전자 가까이에 센서를 장착해야 합니다.

3-φ 브러시리스 DC 모터를 정류하는 홀 효과 센서

간단한 원통형 3-φ 모터(위 그림)는 3개의 고정자 위상 각각에 대해 홀 효과 장치에 의해 정류됩니다. 영구자석 회전자의 위치 변화는 통과하는 회전자의 극성이 변할 때 홀 소자에 의해 감지됩니다.

이 홀 신호는 고정자 코일이 적절한 전류로 구동되도록 증폭됩니다. 여기에 표시되지 않았지만 홀 신호는 보다 효율적인 구동 파형을 위해 조합 논리에 의해 처리될 수 있습니다.

위의 원통형 모터는 일정한 속도를 유지하기 위해 위상 고정 루프(PLL)가 장착된 경우 하드 드라이브를 구동할 수 있습니다. 유사한 회로가 팬케이크 플로피 디스크 드라이브 모터를 구동할 수 있습니다(아래 그림). 다시 말하지만, 일정한 속도를 유지하려면 PLL이 필요합니다.

브러시 없는 팬케이크 모터

3-φ 팬케이크 모터에는 6-스테이터 폴과 8-로터 폴이 있습니다. 로터는 8개의 축 방향으로 자화된 교대로 자화된 평평한 페라이트 링입니다. 우리는 회전자가 고정자 중앙에 있는 베어링에 장착하기 위해 연강판으로 덮인 것을 보여주지 않습니다.

강판은 또한 자기 회로를 완성하는 데 도움이 됩니다. 고정자 극도 철판 위에 장착되어 자기 회로를 닫는 데 도움이 됩니다.

평평한 고정자 코일은 사다리꼴로 코일에 더 잘 맞고 회전자 극에 가깝습니다. 6-스테이터 코일은 3개의 권선 위상으로 구성됩니다.

3개의 고정자 상이 연속적으로 통전되면 회전 자기장이 생성됩니다.

영구 자석 회전자는 동기식 모터의 경우와 같이 따릅니다. 2극 로터는 회전 필드와 동일한 회전 속도로 이 필드를 따릅니다. 그러나 우리의 8극 로터는 로터의 추가 극으로 인해 이 비율의 배수로 회전합니다.

브러시리스 DC 팬 모터에는 다음과 같은 기능이 있습니다.

브러시리스 팬 모터, 2-φ

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고정자는 4극 사이에 2상이 분포되어 있습니다.

제로 토크 포인트를 제거하기 위해 권선이 없는 4개의 돌출 극이 있습니다.

로터에는 4개의 메인 드라이브 폴이 있습니다.

로터에는 0개의 토크 포인트를 제거하는 데 도움이 되도록 중첩된 8극이 있습니다.

홀 효과 센서는 물리적으로 45o 간격을 두고 있습니다.

팬 하우징은 고정자 위에 놓인 회전자 위에 있습니다.

브러시리스 팬 모터의 목표는 제조 비용을 최소화하는 것입니다. 이는 저성능 제품을 3-φ에서 2-φ 구성으로 이동하려는 인센티브입니다. 구동 방식에 따라 4-φ 모터라고 할 수 있습니다.

기존의 DC 모터는 짝수개의 전기자 극(2, 4 등)을 가질 수 없다는 사실을 기억할 수 있습니다. 3, 5, 7이 일반적입니다. 따라서 가상의 4극 모터가 정지 상태에서 시작할 수 없는 최소 토크에서 정지할 수 있습니다.

권선이 없는 4개의 작은 돌출 극을 추가하면 토크 대 위치 곡선에 리플 토크가 중첩됩니다. 이 리플 토크를 정상 통전 토크 곡선에 추가하면 토크 최소값이 부분적으로 제거됩니다.

이를 통해 가능한 모든 정지 위치에서 모터를 시작할 수 있습니다. 일반 4극 영구 자석 회전자에 8개의 영구 자석 극을 추가하면 일반 4극 리플 토크에 작은 2차 고조파 리플 토크가 중첩됩니다.

이것은 토크 최소값을 추가로 제거합니다. 토크 최소값이 0으로 떨어지지 않는 한 모터를 시작할 수 있어야 합니다. 토크 최소값을 제거하는 데 성공할수록 모터가 더 쉽게 시동됩니다.

2-φ 고정자는 홀 센서가 90° 떨어져 있어야 합니다. 전기 같은. 로터가 2극 로터인 경우 홀 센서는 90° 배치됩니다. 물리적 인. 4극 영구 자석 회전자가 있으므로 센서를 45° 배치해야 합니다. 90° 달성을 위한 물리적 전기적 간격. (위의 홀 간격 참고)

토크의 대부분은 내부 고정자 2-φ 코일과 회전자의 4극 섹션의 상호 작용 때문입니다. 또한 홀 센서가 적절한 정류 신호를 감지할 수 있도록 로터의 4극 섹션이 바닥에 있어야 합니다.

8극 로터 섹션은 모터 시동을 개선하기 위한 용도로만 사용됩니다.

브러시리스 DC 모터 2-φ 푸시풀 드라이브

위 그림에서 2-φ 푸시풀 드라이브(4-φ 드라이브라고도 함)는 2개의 홀 효과 센서를 사용하여 4개의 권선을 구동합니다. 센서 간격은 90°입니다. 전기적 분리, 90° 단극 로터의 경우 물리적입니다.

홀 센서에는 두 개의 보완 출력이 있으므로 하나의 센서는 두 개의 반대 권선에 대해 정류를 제공합니다.