โพสต์นี้ให้รายละเอียดโดยละเอียดเกี่ยวกับแนวคิดการทำงานพื้นฐานของมอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงที่เรียกว่ามอเตอร์ BLDC

ความแตกต่างระหว่างมอเตอร์กระแสตรงแบบแปรงและไร้แปรงถ่าน

ในแปรงมอเตอร์แบบดั้งเดิมของเราถูกนำมาใช้เพื่อสลับโรเตอร์เคลื่อนที่กลางโดยเทียบกับสเตเตอร์แม่เหล็กถาวรที่อยู่รอบ ๆ เครื่องเขียน

แปรงมีความจำเป็นเนื่องจากโรเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้าที่ต้องใช้พลังงานในการทำงาน แต่เนื่องจากจำเป็นต้องหมุนสิ่งต่างๆให้งุ่มง่ามและแปรงกลายเป็นทางเลือกเดียวสำหรับการจ่ายพลังงานให้กับโรเตอร์แม่เหล็กไฟฟ้าที่หมุนได้

ในทางตรงกันข้ามในมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านหรือมอเตอร์ BLDC เรามีสเตเตอร์กลางเครื่องเขียนและโรเตอร์วงกลมโดยรอบ สเตเตอร์ประกอบด้วยชุดแม่เหล็กไฟฟ้าในขณะที่โรเตอร์มีแม่เหล็กถาวรติดอยู่ทั่วปริมณฑล ณ ตำแหน่งที่คำนวณได้บางตำแหน่ง

การใช้เซนเซอร์ Hall Effect

กลไกนี้ยังมีเซ็นเซอร์ Hall effect ที่ติดตั้งเพื่อตรวจจับตำแหน่งของโรเตอร์และแม่เหล็กที่เกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าของสเตเตอร์และแจ้งข้อมูลไปยังวงจรสวิตชิ่งภายนอกซึ่งจะมีหน้าที่เปิด / ปิดการทำงานของแม่เหล็กไฟฟ้าที่ ลำดับหรือเวลาที่ถูกต้องมีผลต่อการเคลื่อนที่แบบหมุนบนโรเตอร์

คำอธิบายข้างต้นสามารถเข้าใจได้ด้วยความช่วยเหลือของภาพประกอบพื้นฐานต่อไปนี้จากนั้นผ่านการออกแบบอย่างละเอียดในภาพต่อ ๆ ไป

เราได้เรียนรู้และรู้สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับแม่เหล็กและวิธีที่อุปกรณ์เหล่านี้โต้ตอบกัน

“วิธีการต่อสายสวิตซ์ไฟสองทาง ”

เรารู้ว่าขั้วโลกเหนือของแม่เหล็กดึงดูดขั้วใต้ของแม่เหล็กอีกอันหนึ่งในขณะที่เหมือนขั้วขับไล่

ตำแหน่งของแม่เหล็กถาวรเป็นอย่างไร

ในแผนภาพที่แสดงด้านบนเราจะเห็นแผ่นดิสก์ที่มีแม่เหล็กฝังอยู่ที่ขอบ (แสดงเป็นสีแดง) ซึ่งอยู่ในตำแหน่งโดยหันขั้วเหนือออกไปด้านนอกและยังมีแม่เหล็กไฟฟ้าวางอยู่ในแนวขนานกับขอบวงกลมของแผ่นดิสก์ซึ่งก่อให้เกิด สนามแม่เหล็กใต้เมื่อรวมพลัง

ตอนนี้สมมติว่าการจัดเรียงอยู่ในตำแหน่งดังที่แสดงในแผนภาพด้านบนแรกที่มีแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ในสถานะปิดการใช้งาน

ในตำแหน่งนี้ทันทีที่แม่เหล็กไฟฟ้าถูกเปิดใช้งานด้วยอินพุต DC ที่เหมาะสมจะได้รับและสร้างสนามแม่เหล็กใต้ที่มีอิทธิพลต่อแรงดึงที่มีต่อแม่เหล็กของแผ่นดิสก์ซึ่งจะบังคับให้ดิสก์หมุนด้วยแรงบิดบางส่วนจนกว่าแม่เหล็กถาวรจะมาพร้อมกับ แม่เหล็กไฟฟ้าเส้นตรงข้ามของฟลักซ์

การดำเนินการข้างต้นแสดงรูปแบบพื้นฐานที่แนวคิด BLDC ทำงาน

มอเตอร์ BLDC ทำงานอย่างไรกับเซนเซอร์ Hall Effect

ตอนนี้เรามาดูกันว่าแนวคิดข้างต้นถูกนำไปใช้จริงอย่างไรโดยใช้เซ็นเซอร์ Hall effect เพื่อรักษาการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องเหนือโรเตอร์

แผนภาพตัวอย่างต่อไปนี้อธิบายกลไกโดยละเอียด:

ในแผนภาพด้านบนโดยทั่วไปเราจะเห็นการจัดเรียงโรเตอร์ / สเตเตอร์ BLDC ที่ตรงไปตรงมาโดยที่องค์ประกอบวงกลมด้านนอกคือโรเตอร์หมุนในขณะที่แม่เหล็กไฟฟ้ากลางกลายเป็นสเตเตอร์คงที่

“วิธีการต่อกังหันลมกับแบตเตอรี่ ”

โรเตอร์สามารถมองเห็นได้ว่ามีแม่เหล็กถาวรสองตัวติดอยู่ที่รอบนอกซึ่งมีขั้วใต้เป็นเส้นที่มีอิทธิพลของฟลักซ์สเตเตอร์กลางเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่งซึ่งออกแบบมาเพื่อสร้างความแข็งแรงเทียบเท่าของฟลักซ์แม่เหล็กขั้วโลกเหนือเมื่อรวมพลังกับ DC ภายนอก

นอกจากนี้เรายังสามารถเห็นภาพเซ็นเซอร์ห้องโถงที่อยู่ใกล้มุมใดมุมหนึ่งของรอบนอกโรเตอร์ด้านใน เอฟเฟกต์ฮอลล์โดยพื้นฐานจะรับรู้ถึงสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ที่หมุนและส่งสัญญาณไปยังวงจรควบคุมที่รับผิดชอบในการเปิดเครื่องแม่เหล็กไฟฟ้าสเตเตอร์

เมื่ออ้างถึงตำแหน่งด้านบนเราจะเห็นพื้นที่ว่าง (ซึ่งเป็นโมฆะของสนามแม่เหล็ก) ของโรเตอร์ที่สัมผัสใกล้ชิดกับเซ็นเซอร์ฮอลล์ทำให้อยู่ในสถานะปิดสวิตช์

ในขณะนี้สัญญาณปิดจากเอฟเฟกต์ฮอลล์จะแจ้งให้วงจรควบคุมเปิดสวิตช์แม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งจะทำให้เกิดเอฟเฟกต์การดึงบนขั้วใต้ของโรเตอร์ที่ยืนอยู่รอบมุม

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นขั้วใต้จะพุ่งลงมาทำให้เกิดแรงบิดที่ต้องการบนโรเตอร์และพยายามจัดตำแหน่งตัวเองให้สอดคล้องกับขั้วเหนือของแม่เหล็กไฟฟ้า

อย่างไรก็ตามในกระบวนการนี้ขั้วใต้ของโรเตอร์ยังดึงตัวเองไปใกล้กับเซ็นเซอร์ห้องโถง (ดังแสดงในแผนภาพด้านล่าง) ซึ่งจะตรวจจับสิ่งนี้ทันทีและเปิดสวิตช์เพื่อแจ้งให้วงจรควบคุมปิดแม่เหล็กไฟฟ้า

ปิดเวลาของแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสิ่งสำคัญ

การปิดแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงเวลาที่เหมาะสมตามที่ส่งสัญญาณโดยเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์จะห้ามไม่ให้เกิดการหยุดชะงักและขัดขวางการเคลื่อนที่ของโรเตอร์ แต่จะช่วยให้สามารถเคลื่อนที่ผ่านแรงบิดที่สร้างขึ้นได้จนกว่าตำแหน่งก่อนหน้าจะเริ่มก่อตัวขึ้นและจนถึงห้องโถง เซ็นเซอร์อีกครั้ง 'รู้สึก' ถึงพื้นที่ว่างของโรเตอร์และถูกปิดโดยทำซ้ำรอบ

การสลับข้างต้นของเซ็นเซอร์ฮอลล์ตามตำแหน่งโรเตอร์ต่างๆทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบหมุนอย่างต่อเนื่องพร้อมกับแรงบิดซึ่งอาจเป็นสัดส่วนโดยตรงกับปฏิกิริยาแม่เหล็กของสเตเตอร์ / โรเตอร์และแน่นอนว่าการวางตำแหน่งเอฟเฟกต์ฮอลล์

การอภิปรายข้างต้นอธิบายถึงแม่เหล็กสองตัวที่เป็นพื้นฐานที่สุดกลไกเซ็นเซอร์ฮอลล์หนึ่งตัว

เพื่อให้ได้แรงบิดที่สูงขึ้นเป็นพิเศษแม่เหล็กและชุดแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกนำมาใช้กับมอเตอร์แบบไร้แปรงที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าอื่น ๆ ซึ่งอาจเห็นเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ห้องโถงมากกว่าหนึ่งตัวสำหรับการใช้การตรวจจับแม่เหล็กของโรเตอร์หลายชุดเพื่อให้สามารถเปลี่ยนชุดแม่เหล็กไฟฟ้าที่แตกต่างกันได้ที่ ลำดับที่ถูกต้องที่ต้องการ

วิธีควบคุมมอเตอร์ BLDC

จนถึงตอนนี้เราเข้าใจแนวคิดการทำงานพื้นฐานของ มอเตอร์ BLDC และเรียนรู้วิธีการใช้เซ็นเซอร์ฮอลล์ในการเปิดใช้งานแม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์ผ่านวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ต่ออยู่ภายนอกเพื่อรักษาการเคลื่อนที่แบบหมุนอย่างต่อเนื่องของโรเตอร์ในส่วนถัดไปเราจะศึกษาเกี่ยวกับการควบคุมว่าวงจรขับ BLDC ทำงานอย่างไรในการควบคุมมอเตอร์ BLDC

วิธีการใช้แม่เหล็กไฟฟ้าสเตเตอร์แบบคงที่และโรเตอร์แม่เหล็กอิสระที่หมุนได้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้กับมอเตอร์ BLDC เมื่อเทียบกับมอเตอร์แบบแปรงแบบเดิมซึ่งมีโทโพโลยีตรงกันข้ามกันทั้งหมดดังนั้นจึงต้องใช้แปรงสำหรับการทำงานของมอเตอร์ การใช้แปรงทำให้ขั้นตอนต่างๆค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพในแง่ของอายุการใช้งานและขนาดที่ยาวนาน

ข้อเสียของมอเตอร์ BLDC

แม้ว่าประเภท BLDC อาจเป็นแนวคิดของมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุด แต่ก็มีข้อเสียเปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่งที่ต้องใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ภายนอกเพื่อใช้งาน อย่างไรก็ตามด้วยการถือกำเนิดของ IC ที่ทันสมัยและเซ็นเซอร์ Hall ที่ละเอียดอ่อนทำให้ปัญหานี้ดูเหมือนจะไม่สำคัญเมื่อเทียบกับประสิทธิภาพระดับสูงที่เกี่ยวข้องกับแนวคิดนี้

ไดรเวอร์แม่เหล็ก BLDC 4 ตัวการออกแบบ

ในบทความนี้เรากำลังพูดถึงวงจรควบคุมพื้นฐานสำหรับแม่เหล็กสี่ตัวมอเตอร์ BLDC แบบเซ็นเซอร์ฮอลล์เดี่ยว การทำงานของมอเตอร์สามารถเข้าใจได้โดยอ้างถึงแผนภาพกลไกมอเตอร์ต่อไปนี้:

ภาพด้านบนแสดงการจัดเรียงมอเตอร์ BLDC ขั้นพื้นฐานที่มีแม่เหล็กถาวรสองชุดที่อยู่รอบนอกของโรเตอร์ภายนอกและแม่เหล็กไฟฟ้ากลางสองชุด (A, B, C, D) เป็นสเตเตอร์

ในการเริ่มต้นและรักษาแรงบิดในการหมุนทั้ง A, B หรือ C, D แม่เหล็กไฟฟ้าจะต้องอยู่ในสถานะเปิดใช้งาน (ไม่อยู่ด้วยกัน) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของขั้วเหนือ / ใต้ของแม่เหล็กโรเตอร์ที่เกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าที่เปิดใช้งาน

ไดรเวอร์ BLDC Motor ทำงานอย่างไร

เพื่อความแม่นยำสมมติว่าตำแหน่งที่แสดงในสถานการณ์ข้างต้นด้วย A และ B ในสถานะเปิดเพื่อให้ด้าน A ได้รับพลังงานด้วยขั้วใต้ในขณะที่ด้าน B รวมพลังกับขั้วโลกเหนือ

นี่หมายความว่าด้าน A จะออกแรงดึงเหนือขั้วเหนือสีน้ำเงินด้านซ้ายและมีผลขับไล่ที่ขั้วใต้ด้านขวาของสเตเตอร์ในทำนองเดียวกันด้าน B จะดึงขั้วใต้สีแดงล่างและขับไล่ทิศเหนือตอนบน ขั้วของโรเตอร์ .... กระบวนการทั้งหมดสามารถสันนิษฐานได้ว่ากำลังเคลื่อนไหวตามเข็มนาฬิกาที่น่าประทับใจเหนือกลไกของโรเตอร์
สมมติว่าในสถานการณ์ข้างต้นเซ็นเซอร์ฮอลล์อยู่ในสถานะปิดการใช้งานเนื่องจากอาจเป็นอุปกรณ์เซ็นเซอร์ฮอลล์ที่ 'เปิดใช้งานขั้วใต้'

เอฟเฟกต์ข้างต้นจะพยายามจัดแนวและบังคับโรเตอร์ให้ทิศใต้ล็อคหันหน้าเข้าหากันด้วยด้าน B ในขณะที่ขั้วเหนือกับด้าน A อย่างไรก็ตามก่อนที่สถานการณ์นี้จะเกิดขึ้นได้เซ็นเซอร์ฮอลล์จะถูกนำเข้าใกล้ การเปลี่ยนขั้วใต้บนของโรเตอร์และเมื่อสิ่งนี้ส่งผ่านเซ็นเซอร์ฮอลล์มันจะถูกบังคับให้เปิดส่งสัญญาณบวกไปยังวงจรควบคุมที่เชื่อมต่อซึ่งจะตอบสนองและปิดแม่เหล็กไฟฟ้า A / B ทันทีและเปิดแม่เหล็กไฟฟ้า C / D ตรวจสอบให้แน่ใจว่าช่วงเวลาตามเข็มนาฬิกาของโรเตอร์ยังถูกบังคับใช้อีกครั้งเพื่อรักษาแรงบิดในการหมุนที่สม่ำเสมอบนโรเตอร์

วงจรขับ BLDC พื้นฐาน

การสลับแม่เหล็กไฟฟ้าที่อธิบายไว้ข้างต้นเพื่อตอบสนองต่อสัญญาณกระตุ้นของเซ็นเซอร์ Hall สามารถนำไปใช้งานได้อย่างง่ายดายโดยใช้แนวคิดวงจรควบคุม BLDC ที่ตรงไปตรงมาต่อไปนี้

วงจรไม่ต้องการคำอธิบายมากนักเนื่องจากมันพื้นฐานเกินไปในระหว่างการเปิดสวิตช์สถานการณ์ของเซ็นเซอร์ฮอลล์ BC547 และ TIP122 คู่จะถูกเปิดตามลำดับซึ่งจะเปิดชุดแม่เหล็กไฟฟ้าที่สอดคล้องกันที่ติดอยู่บนตัวสะสมและขั้วบวก ในระหว่างช่วงเวลาปิดสวิตช์ของเซ็นเซอร์ Hall คู่ BC547 / TIP122 จะถูกปิด แต่ทรานซิสเตอร์ TIP122 ด้านซ้ายสุดขั้วจะถูกเปิดเพื่อเปิดใช้งานชุดแม่เหล็กไฟฟ้าที่ตรงกันข้าม