Bạn đang xem: Động cơ nam châm vĩnh cửu
Ngày nay, động cơ DC chổi than được chia làm 2 loại phổ biến nhất: Nam châm vĩnh cửu và nam châm điện, tùy vào mục đích và điều kiện mà những kỹ sư thiết kế sẽ lựa chọn phù hợp
+ Nam châm vĩnh cửu: Loại động cơ này được phát triển vào năm 1950 cho các loại dụng cụ. Nó làm việc bằng cách sử dụng từ trường vĩnh cữu để tạo ra vùng từ trường giúp động cơ có thể quay được. Từ trở được tao ra làm giảm tương tác phần ứng, thay đổi điện áp vào rotor sẽ làm thay đổi tốc độ đầu ra. Trong các ứng dụng vòng kính, tín hiệu phản hồi về (Encoder, máy đo tốc độ, bộ đêm xung,…) giúp theo dõi và động cơ được giữ ở một tốc độ mục tiêu.
Hiện nay, loại động cơ này phù hợp cho các loại thiết bị di động được sử dụng rất nhiều trong các thiết bị điện trên các phương tiện, ứng dụng đóng mở cửa, ứng dụng ghế nâng hạ. Trong công nghiệp nó được dùng trong trong các thiết bị hàn, bơm sử dụng pin, thiết bị di động trong y tế, X-ray và các máy chụp cắt lớp.+ Nam châm điện: Đây cũng có thể gọi là động cơ vạn năng hay loại động cơ AC bởi vì nó có thể sử dụng dòng điện AC hoặc DC, động cơ này có cuộn dây quấn trong stator liên kết với rotor thông qua cổ góp. Khi chạy với dòng điện AC, dòng điện sẽ đi vào trong cuộn dây rotor và stator (tạo ra vùng từ trường). Chiều quay của động cơ ở đâu ra luôn luôn là một chiều. Động cơ thường có momen xoắn lớn, nhỏ gọn và nhẹ và có thể đạt đến tốc độ rất cao (lên đến 10000 vòng/phút) trên cả loại điện áp là DC hoặc AC
Động cơ DC nam châm điện thường được dùng trong trong ứng dụng đồ điện gia đình nhỏ như máy hút bụi, máy trộn thức ăn, máy xay thức ăn,… Loại động cơ này chỉ có một nhược điểm đó là hơi ồn, chính vì thế có thể thấy trong những thiết bị sử dụng loại động cơ này thường phát ra âm thanh rất lớn trong quá trình hoạt động.
2. Ưu, nhược điểm động cơ DC chổi than
Chi phí ban đầu thấp, độ tin cậy cao và kiểm soát tốc độ động cơ đơn giản. Dễ điều khiển: mô-men xoắn tỷ lệ với dòng điện - tốc độ tỷ lệ thuận với điện áp Hiệu quả vừa phải Tốc độ thay đổi: yêu cầu ít thành phần bên ngoài hơn động cơ DC cảm ứng hoặc không chổi than To hơn động cơ cảm ứng (EMI và âm thanh)
Bảo trì cao và tuổi thọ thấp khi sử dụng cường độ cao. Thường xuyên thay thế các chổi than và lò xo mang dòng điện. Năng lượng thất thoát nhiều dosự ma sát giữ chổi than và roto khiến mài mòn cuộn dây gây thất thoát điện năng. Động cơ gây ồn.
3. Cấu tạo động cơ DC chổi than
Tất cả các động cơ DC chổi than được xây dựng gồm 3 cụm phụ chính; stato (nam châm và cuộn dây), rôto và hệ thống chổi than.
Stator của động cơ DC chổi có thể có nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây điện từ. Loại phổ biến hơn cho các ứng dụng servo (và, do đó, đối với hầu hết các ứng dụng điều khiển chuyển động công nghiệp) là loại nam châm vĩnh cửu - thường được gọi là động cơ DC nam châm vĩnh cửu (PMDC). Rôto bao gồm các cuộn dây quấn quanh lõi sắt có rãnh và được gắn vào cổ góp. Khi rôto quay, chổi tiếp xúc với cổ góp và cung cấp dòng điện cho cuộn dây.
Rôto được làm từ cuộn dây và cổ góp và điều này cho phép trục quay. Ở trung tâm của động cơ là trục, được làm bằng thép cứng, để chịu được tải cho ứng dụng, với điều kiện là động cơ chính xác đã được chọn. Tấm cổ góp giữ các thanh góp và tấm được cố định vào trục bằng khuôn nhựa. Trên đường kính ngoài của tấm giao hoán là cuộn dây không vành tự hỗ trợ, được cố định thông qua việc hàn các tiếp điểm với các thanh góp. Keo bao phủ các tiếp xúc và hàn, cho nó độ bền cơ học. Thông thường, có thể có 7 thanh góp và các đoạn quanh co. Càng nhiều thanh và phân đoạn, lượng năng lượng phải được chuyển đổi càng nhỏ trong quá trình chuyển đổi, làm tăng tuổi thọ phục vụ do giảm các vụ cháy chổi. Mô-men xoắn được tạo ra trong cuộn dây sẽ được chuyển qua tấm chuyển đổi sang trục và điều này được hỗ trợ trong stato ống nối hoặc vòng bi.
Cuối cùng là hệ thống chổi. Chúng có thể là than chì hoặc chổi kim loại quý có kết nối động cơ điện. Để cung cấp năng lượng cho rôto, chúng tôi đặt một hệ thống chổi và mỗi chổi có ký hiệu điện áp trực tiếp (+/-). Các chổi được kết nối với các thanh góp cho phép dòng điện chạy vào cuộn dây. Sau đó, hai dòng điện hình thoi xuất hiện gần trung tâm của các cực đối diện và ở giữa các đoạn quanh co trong từ trường. Các hình thoi liên tục bị thu hút bởi từ thông mạnh nhất làm cho rôto quay, nhưng do số lượng thanh chuyển đổi lẻ, cả hai không bao giờ có thể gặp nhau ở hai cực đối diện trực tiếp. Do đó, các hình thoi tiếp tục chuyển vào không gian trong phân đoạn tiếp cận. Điều này liên tục xảy ra, tạo ra mô-men xoắn của động cơ.
Động cơ DC chổi than là là một công nghệ hoàn chỉnh mà đã tồn tại hơn một thế kỷ. Với sự ra đời của loại động cơ không chổi than và hàng loạt những công nghệ điều khiển được phát minh nhưng trong kỹ thuật vẫn sử dụng rất nhiều các loại động cơ DC chổi than
Thực tế đã chỉ ra rằng momen xoăn cực đại của động cơ DC chổi than cao nên có thể chạy được các bộ điều khiển hơn giản để sử dụng cho vô số ứng dụng
Giá thành của loại này thấp hơn rất nhiều so với những loại khác (Sự chênh lệch về giá thành rất đáng kể ở những loại kích thước lớn). Thêm vào đó, chúng có thể điều khiển các cơ cấu dẫn hướng với tốc độ cao và momen lớn.Những đặc điểm được nêu ra vô cùng lợi ích cho các thiết kế tự động (tự hành), di động, ứng dụng trong cuộc sống hằng ngày, thiết bị tiêu dùng và trong các loại đồ chơi. Một sản phẩm được tạo ra để phục vụ cho đời sống và sản xuất phải đảo bảo cân bằng ở mức tối ưu nhất giữa các yếu tố: Giá thành, mức độ tiện lợi, cấu tạo, độ thân thiện, giải quyết được yêu cầu.
Động cơ chổi than cũng được ứng dụng nhiều trong các dòng súng bắn vít, máy khoan động lực, máy đục bê tông...vì giá thành của máy sẽ thấp. Những dòng sản phẩm không chổi than mức giá thường đắt gấp hơn rất nhiều dòng máy có chổi than. Tại Bảo An hiện phân phối các loại sản phẩm sử dụng cả động cơ chổi than và không chổi than để đáp ứng mọi nhu cầu người tiêu dùng.
Bạn đã bao giờ phát hiện ra rằng, bất kỳ 1 đồ chơi hoạt động bằng pin đều có động cơ DC nam châm vĩnh cửu, hay còn gọi là động cơ pm. Vậy, pm motor là gì? Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động của động cơ pm ra sao?
1. Động cơ nam châm vĩnh cửu hay còn gọi là pm motor là gì?
Chắc hẳn nhiều bạn đang băn khoăn không biết động cơ nam châm vĩnh cửu hay pm motor là gì? Đây là 1 loại động cơ thường được sử dụng tương tự như động cơ khởi động ở bên trong xe ô tô, kính chắn gió, trong máy giặt, máy thổi dùng ở bên trong lò sưởi hoặc máy điều hòa không khí. Động cơ pm có thể dùng để nâng và hạ cửa sổ, đồng thời, nó cũng được sử dụng khá rộng rãi trong các loại đồ chơi.
Máy phát điện nam châm vĩnh cửu
Khi cường độ từ trường của 1 nam châm vĩnh cửu được giữ cố định thì nó sẽ không thể được điều khiển bởi 1 lực từ bên ngoài, bởi lẽ, không gì có thể điều khiển được loại động cơ DC này. Do đó, motor DC sử dụng nam châm vĩnh cửu chỉ được dùng khi không cần phải điều khiển tốc độ động cơ của motor bằng cách kiểm soát lực từ trường của nó.
Động cơ phân đoạn nhỏ cũng như động cơ KW phân đoạn nhỏ từ lâu đã được xây dựng bằng các cực của nam châm vĩnh cửu DC.
2. Phân loại động cơ nam châm vĩnh cửu
Theo thực tế, động cơ nam châm vĩnh cửu gồm có 2 loại:
Động cơ pm DC có kích từ bằng điện cùng với dải công suất lớn.Động cơ pm DC với dải công suất nhỏ.Theo kết cấu, động cơ pm DC có thể chia thành:
Máy điện đồng bộ có cực ẩnMáy điện đồng bộ có cực lồi.
Theo chức năng:
Máy phát điện đồng bộĐộng cơ điện đồng bộ
Máy bù đồng bộ.
Nam châm vĩnh cửu được ứng dụng trong nhiều loại động cơ
3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ nam châm vĩnh cửu
a) Cấu tạo pm motor
Stator của nam châm vĩnh cửu bên trong động cơ pm DC như đã được chỉ ra từ trong chính cái tên của động cơ DC: Cực trường của động cơ này thường được làm bằng 1 thanh nam châm vĩnh cửu. Một động cơ pm DC sẽ bao gồm 2 phần, 1 stator và 1 armature.
Ở đây, các stator chính là một xi lanh thép, còn các nam châm lại được gắn kết trong chu vi, tức là mặt trong của chiếc xi lanh này. Các nam châm vĩnh cửu thường được gắn kết theo cách tương tự như đầu N và cực S của mỗi thanh nam châm được quay về mặt nạ của động cơ.
Điều đó có nghĩa là nếu cực N của một thanh nam châm đang quay mặt vào phần cong thì cực S của nam châm tiếp theo lại đang quay mặt vào phần ứng. Ngoài việc giữ cho thanh nam châm ở ngoại biên ngay bên trong của nó, đồng thời stator hình trụ thép cũng sẽ trở thành con đường miễn cưỡng với mức chuyển động thấp dành cho thông lượng từ.
Mặc dù cuộn dây của từ trường không bắt buộc ở bên trong động cơ DC nam châm vĩnh cửu, nhưng đôi khi nó cũng được sử dụng để lắp vào động cơ cùng với thanh nam châm vĩnh cửu. Bởi vì nếu nam châm vĩnh cửu bị mất đi sức mạnh của mình thì những cường độ từ tính bị mất đi này có thể được bù đắp lại bởi sự kích thích của từ trường thông qua các cuộn dây từ trường này. Nói chung, vật liệu từ tính như là đất hiếm từ tính thường được sử dụng cho loại nam châm vĩnh cửu.
Rotor của động cơ pm DC cũng có cấu tạo tương tự giống như động cơ DC khác. Rôto hay là bộ phận của động cơ DC chạy bằng nam châm vĩnh cửu cũng bao gồm các phần như: cốt lõi, cuộn dây cùng với bộ chuyển mạch. Lõi gia cố của động cơ được làm bằng 1 lớp sơn cách điện và được cách li mỏng 1 lớp nữa bằng thép. Bằng cách cố định chặt các tấm thép tròn vào 1 chỗ, 1 chiếc lõi hình trụ có khe lúc này cũng được hình thành.
Động cơ 3 pha không chổi than được làm từ nam châm vĩnh cửu
Các tấm thép mỏng, có độ bóng và cách điện được sử dụng để làm giảm tổn hao của dòng điện dòng xoáy bên trong phần cố định của thiết bị động cơ DC nam châm vĩnh cửu. Các khe này nằm ở ngoại vi phía mặt ngoài của chiếc lõi phần ứng dụng, chúng thường được sử dụng để làm dây dẫn cuộn dây cho phần vỏ ở trong đó.
Các dây dẫn cuộn nối được kết nối theo cách thích hợp làm tăng cuộn dây phần ứng. Các đầu cuối của cuộn dây được kết nối với các bộ phận chuyển mạch đặt trên trục động cơ.
Giống như các động cơ DC khác, 1 lớp carbon hoặc than chì khác sẽ được đặt cùng với áp suất lò xo ở trên các phân đoạn của bộ phận chuyển mạch nhằm mục đích cung cấp dòng điện lên cho phần mềm.
b) Nguyên lý hoạt động của động cơ pm motor
Như đã nói ở trên, nguyên lý hoạt động của động cơ pm DC cũng tương tự như nguyên lý làm việc chung của toàn bộ động cơ DC. Đó là khi 1 sợi dây dẫn mang vào trong 1 từ trường thì 1 lực cơ học sẽ xuất hiện bởi dây dẫn và hướng của lực này cũng sẽ được điều chỉnh bởi quy tắc bàn tay trái của Fleming.
Như trong 1 động cơ DC nam châm vĩnh cửu, động cơ có phần ứng được đặt bên trong từ trường của thanh nam châm vĩnh cửu. Các armature khi đó sẽ quay theo hướng của momen lực tạo ra. Ở đây, mỗi sợi dây dẫn của bộ phận chịu lực cũng sẽ tác động đến lực cơ 1 lực F = BIL (N). Trong đó:
B chính là cường độ từ trường, đơn vị tính là Tesla (weber/ m2),I là dòng điện chạy trong dây dẫn đó, được tính bằng Ampe (A),L là chiều dài của sợi dây dẫn, được tính bằng mét (m).Mỗi dây dẫn của bộ phận động cơ nam châm vĩnh cửu máy giặt còn phải chịu 1 lực tổng hợp của tất cả các lực đó để tạo ra một mô men, nhằm tác động làm quay phần ứng.
Sơ đồ điều khiển hoạt động của động cơ pm motor
Mạch điện tương đương của nam châm vĩnh cửu DC motor hoặc pm DC motor cũng tương tự như trong động cơ pm DC, từ trường được sinh ra bởi nam châm vĩnh cửu, chúng ta không cần cuộn dây từ trường được vẽ trong mạch tương đương đối với động cơ DC nam châm vĩnh cửu.
Điện áp cung cấp cho các armature lúc này sẽ có kháng armature phần còn lại của điện áp sẽ được cung cấp bởi bộ phận EMF của động cơ. Do đó, phương trình điện áp của động cơ pm được tính bởi I là dòng điện ứng dụng và R tức là điện trở trong của động cơ, còn Eb là EMF và V chính là điện áp cung cấp cho động cơ.
4. Những ưu - nhược điểm của động cơ nam châm vĩnh cửu so với động cơ cảm ứng
Động cơ nam châm vĩnh cửu DC hay còn gọi là động cơ pm DC hoạt động theo nguyên tắc của nam châm vĩnh cửu, dựa trên một thực tế là bất cứ khi nào một dây dẫn mang dòng điện hiện tại được đặt trong 1 từ trường thì sẽ có lực cơ học chạy qua dây dẫn đó. Tất cả các loại động cơ DC thông thường chỉ hoạt động theo nguyên tắc này. Do đó, để có thể xây dựng được 1 động cơ DC, chúng ta cần phải thiết lập 1 từ trường.
Từ trường vừa được thiết lập bằng các nam châm, còn nam châm có thể chọn bất kỳ loại nào, có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc loại khác. Khi nam châm vĩnh cửu được chúng ta sử dụng để tạo ra từ trường trong động cơ DC thì động cơ sẽ được gọi là động cơ DC nam châm vĩnh cửu hoặc gọi tắt là động cơ pm DC.
Ưu điểm của động cơ DC hoặc motor pm DC nam châm vĩnh cửu so với động cơ cảm ứng như sau:
Động cơ pm DC không cần sắp xếp để kích thích từ trường. Đồng thời, không có công suất đầu vào của mạch tiêu thụ để giúp kích thích làm tăng cường hiệu suất cho động cơ DC.Động cơ pm DC không có cuộn dây từ trường, do vậy không gian dành cho cuộn dây trường được cũng sẽ được thu hẹp lại làm giảm kích thước của tổng thể động cơ.Động cơ pm DC có mức chi phí rẻ hơn và tiết kiệm hơn cho dành cho các ứng dụng xếp hạng kW phân số.
Động cơ pm DC có mức chi phí rẻ hơn và tiết kiệm hơn
Nhược điểm của nam châm vĩnh cửu DC motor hoặc pm DC Motor
Trong trường hợp này, có thể thấy được, động cơ DC sẽ không được bù lại, do đó cường độ từ trường của động cơ có thể bị suy yếu đi do phản ứng dị ứng có thể gây mài mờ.Ngoài ra, động cơ pm DC còn có một cơ hội nhận được các cực từ bán dẫn vĩnh viễn (hoặc một phần) do dòng điện áp được tăng lên quá nhiều trong quá trình khởi động, làm đảo ngược dòng điện cũng như tình trạng quá tải của động cơ.Một bất lợi lớn khác rất dễ thấy của động cơ pm DC là, từ trường trong khoảng cách không khí được xem là cố định và giới hạn nên nó không thể kiểm soát được từ bên ngoài. Do đó, việc kiểm soát tốc độ của động cơ pm DC trong loại động cơ này là rất khó.Động cơ pm DC nam châm vĩnh cửu hiện đang được sử dụng rộng rãi ở những động cơ DC nhỏ và không có yêu cầu kiểm soát một cách hiệu quả, chẳng hạn như ô tô đồ chơi, động cơ máy giặt, máy thổi nóng, các loại máy điều hòa không khí, trong ổ đĩa máy tính và còn nhiều hơn nữa.
Xem thêm: Giày Thể Thao Nữ Hàn Quốc Màu Trắng, Giá Tốt T03/2023
Kết luận
Thông qua bài viết trên, hy vọng các bạn đã phần nào hiểu được động cơ nam châm vĩnh cửu hay còn gọi là pm motor là gì. Động cơ 1 chiều nam châm vĩnh cửu không sử dụng chổi than từ lâu đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ truyền động có công suất nhỏ. Trong các ứng dụng đó, mạch điều khiển của động cơ được chế tạo vô cùng đơn giản nhưng lại có độ tin cậy cao.