Бесколлекторные электродвигатели обычно более надёжны и долговечны по сравнению с коллекторными. Также бесколлекторные электродвигатели, как правило, менее шумные. По этому они всё чаще используются там где раньше использовали коллекторные двигатели и по этим причинам они почти всегда (если не совсем всегда) используются в вентиляторах (или как их еще называют "кулерах") для охлаждения электроники (напр. процессоров компьютеров) т.к. иначе их пришлось бы менять гораздо чаще и постоянно слышать более громкий шум. Бесколлекторные двигатели могут обладать большим КПД по сравнению с коллекторными при использовании быстрых электронных ключей с низким активным сопротивлением в открытом состоянии. Вполне возможно что так и есть в большинстве случаев. Недостатком бесколлекторных электродвигателей является то что для их работы требуется электроника которая в большей степени подвержена воздействию электромагнитных помех чем щёточно коллекторный узел коллекторных электродвигателей. К тому же это усложняет изготовление в "кустарных" условиях. Но, на самом деле, изготовить бесколлекторный электродвигатель в "кустарных" условиях совсем не трудно. Далее мы рассмотрим принцип работы бесколлекторного электродвигателя с датчиком Холла и попробуем изготовить такой в домашних условиях из почти подручных материалов. Статья о бесколлекторном электродвигателе уже имеется в данном блоге http://electe.blogspot.com/2017/03/blog-post.html там описан принцип работы простейшего шагового двигателя и режимы управления им. В шаговых двигателях, как правило, отсутствует обратная связь с датчиком положения ротора. Датчиком положения ротора может быть например датчик Холла. Датчик Холла - это такой датчик который реагирует на величину магнитного поля проходящего через этот датчик, в этом датчике проявляется эффект Холла который и вызывает эту реакцию. Для большей простоты использования, производители датчиков Холла встраивают в них дополнительные устройства напр. усилители, триггеры и т.д. Напр. в большинстве современных вентиляторов для охлаждения электроники стоят цифровые датчики Холла т.е. такие которые выдают на выходе цифровые сигналы зависящие от направления магнитной индукции через датчик. Использование таких датчиков значительно упрощает разработку бесколлекторного электродвигателя т.к. отпадает необходимость в дополнительных внешних устройствах усиления и оцифровки сигнала.
Конструкций бесколлекторных электродвигателей очень много. Двигатели маленьких вентиляторов могут быть устроены так:
Одна катушка с магнитопроводом образующим две пары полюсов:
Меняя направление тока в катушке мы меняем направления магнитной индукции в полюсах:
Датчик Холла расположен в промежутке между полюсами:
Снаружи расположен кольцевой постоянный магнит с двумя парами полюсов:
Этот магнит является частью ротора и вращается вместе с ним.
Микросхема получает информацию от датчика Холла и подаёт ток в катушку в нужном направлении:
Давайте теперь посмотрим как это может работать:
Допустим магнит повёрнут к датчику Холла северным полюсом и магнитное поле входит в этот датчик, датчик подает сигнал микросхеме и она подает ток на катушку, ротор начинает поворачиваться к устойчивому положению. В момент достижения этого положени, его вращение не прекращается т.к. ротор набрал скорость то он продолжает вращаться по инерции,
повернувшись немного дальше устойчивого положения, магнит ротора меняет направление магнитной индукции через датчик Холла. Датчик подаёт сигнал микросхеме которая меняет направление тока в катушке, ротор продолжает вращаться в том же направлении,
после перехода следующего устойчивого положения, направление тока снова меняется и так продолжается до тех пор пока не будет отключено питание.
Однако если ротор изначально находиться в устойчивом положении то двигатель не запуститься при подаче питания. Если разобрать и посмотреть реальные двигатели вентиляторов то можно увидеть что в них непростая магнитная система и датчик Холла расположен не посередине между полюсами. Возможно эти меры и избавляют двигатели от данного недостатка и двигатели запускаются всегда.
Пытаться изготовить подобную конструкцию в "кустарных" условиях будет не просто т.к. нужен магнит специальной формы, правильно искривлённой формы магнитная система и множество других хитростей. Для того чтобы упростить себе жизнь, надо:
во первых отказаться от магнитопровода в катушках статора вообще т.к. он приведет к возникновению эффекта "залипания" (об этом эффекте см. предыдущую статью про бесколлекторный электродвигатель http://electe.blogspot.com/2017/03/blog-post.html). Также можно использовать магнитную систему с меньшим числом пар полюсов т.е. с одним т.к. один меньше двух а с числом пар полюсов меньшим единицы ничего работать не будет т.к. в таком случае полюсов не будет вообще. Сделать можно примерно так:
Взять два стальных диска достаточной толщины. Поставим их друг напротив друга.
Разместим внутри четыре неодимовых магнита так чтобы с одной стороны магнитное поле было направлено в одну сторону и с другой в противоположную:
Диски с магнитами будут соединены друг с другом и будут являться частью ротора
На статоре будут две катушки, соединенные так чтобы при подаче тока на два провода эти катушки создавали магнитные поля в противоположных направлениях:
Ещё один магнитик расположим снаружи и прикрепим к ротору. Датчик Холла разместим рядом с этим магнитом но так чтобы этот датчик был неподвижен:
Теперь давайте разберёмся с электроникой бесколлекторного электродвигателя.
Нам понадобиться цифровой датчик Холла для бесколлекторных электродвигателей.
Обычно такие датчики имеют выход с открытым коллектором поэтому понадобиться ещё и резистор на 10кОм
Также понадобиться микросхема CD4049 с элементами не
И мостовой драйвер двигателей L293D
теперь не трудно догадаться как всё это соединить
смотрите схему:
Для того чтобы двигатель заработал возможно придется немного поэксперементировать с расположением датчика Холла и других элементов конструкции. По данной теме можно посмотреть видео:
Конструкция простая и легко повторимая
Двигатель работает и его даже можно реверсировать повернув датчик Холла.
неодимовые магниты http://got.by/2nmklw
драйвер двигателя l293d http://got.by/2d05t8
микросхема 4049 с элементами НЕ внутри http://got.by/2nmlrp
Резистор можно откуда нибудь выпаять.
Датчик Холла надо подобрать правильный цифровой (не аналоговый), к сожалению не нашёл таких же как у меня
http://got.by/2nmlfg
КАРТА БЛОГА (содержание)
Конструкций бесколлекторных электродвигателей очень много. Двигатели маленьких вентиляторов могут быть устроены так:
Одна катушка с магнитопроводом образующим две пары полюсов:
Микросхема получает информацию от датчика Холла и подаёт ток в катушку в нужном направлении:
повернувшись немного дальше устойчивого положения, магнит ротора меняет направление магнитной индукции через датчик Холла. Датчик подаёт сигнал микросхеме которая меняет направление тока в катушке, ротор продолжает вращаться в том же направлении,
после перехода следующего устойчивого положения, направление тока снова меняется и так продолжается до тех пор пока не будет отключено питание.
Однако если ротор изначально находиться в устойчивом положении то двигатель не запуститься при подаче питания. Если разобрать и посмотреть реальные двигатели вентиляторов то можно увидеть что в них непростая магнитная система и датчик Холла расположен не посередине между полюсами. Возможно эти меры и избавляют двигатели от данного недостатка и двигатели запускаются всегда.
во первых отказаться от магнитопровода в катушках статора вообще т.к. он приведет к возникновению эффекта "залипания" (об этом эффекте см. предыдущую статью про бесколлекторный электродвигатель http://electe.blogspot.com/2017/03/blog-post.html). Также можно использовать магнитную систему с меньшим числом пар полюсов т.е. с одним т.к. один меньше двух а с числом пар полюсов меньшим единицы ничего работать не будет т.к. в таком случае полюсов не будет вообще. Сделать можно примерно так:
Взять два стальных диска достаточной толщины. Поставим их друг напротив друга.
Разместим внутри четыре неодимовых магнита так чтобы с одной стороны магнитное поле было направлено в одну сторону и с другой в противоположную:
На статоре будут две катушки, соединенные так чтобы при подаче тока на два провода эти катушки создавали магнитные поля в противоположных направлениях:
Нам понадобиться цифровой датчик Холла для бесколлекторных электродвигателей.
Обычно такие датчики имеют выход с открытым коллектором поэтому понадобиться ещё и резистор на 10кОм
Также понадобиться микросхема CD4049 с элементами не
И мостовой драйвер двигателей L293D
теперь не трудно догадаться как всё это соединить
смотрите схему:
Двигатель работает и его даже можно реверсировать повернув датчик Холла.
неодимовые магниты http://got.by/2nmklw
драйвер двигателя l293d http://got.by/2d05t8
микросхема 4049 с элементами НЕ внутри http://got.by/2nmlrp
Резистор можно откуда нибудь выпаять.
Датчик Холла надо подобрать правильный цифровой (не аналоговый), к сожалению не нашёл таких же как у меня
http://got.by/2nmlfg
КАРТА БЛОГА (содержание)
