Tárgyak:
- bevezetés
- Az elektromos motorok működési elve
- Egyenáramú villanymotor szénkefékkel
- Egyenáramú villanymotor szénkefék nélkül
Bevezetés:
Egyre több helyen találunk villanymotort az autóban. Az elektromos motorban az elektromos áram mozgássá és hővé alakul. Találunk villanymotort a tükör- és ülésállításban, de akár ablaktörlő motorként is az ablaktörlő szerkezeten vagy indítómotorként. Ezek az elektromos motorok 12-14 voltos feszültséggel működnek. Ezen az oldalon a belső és külső villanymotorokra szorítkozunk.
Az elektromos motorok (részben) elektromos meghajtást is biztosítanak a hibrid és teljesen elektromos járművekben. Az ilyen típusú villanymotorokról a következő oldalon olvashat: HV villanymotorok.
Az egyenáramú villanymotorokat a következőkre oszthatjuk:
- Elektromos motor szénkefékkel (elektromágneses mező és armatúra)
- Sorozatos villanymotorok;
- Párhuzamos villanymotorok;
- Kefe nélküli villanymotorok.
Az elektromos motorok működési elve:
Az elektromos motorban az elektromos áram forgó mozgássá alakul. A mozgást két mágneses pólus okozza, amelyek vonzzák vagy taszítják egymást:
- Az északi pólus és a déli pólus vonzzák egymást;
- Két északi pólus taszítja egymást;
- Két déli pólus taszítja egymást.
A mágnesnek északi és déli pólusa ellentétes töltésekkel rendelkezik. Amikor ez a mágnes kettétörik, akkor hirtelen nem két külön pólus lesz, hanem két új mágnes, mindkettő északi és déli pólussal.
Több mágneses pólus (északi és déli) van rögzítve a házhoz. Az északi és a déli pólus között mágneses tér van. A kimenő tengely (az armatúra) a mágneses tér változása miatt forog.
Egy villanymotorban két azonos nevű pólust állandóan egymással szemben helyeznek el (általában) állandó mágnesek vagy elektromágnesek segítségével. Mivel az azonos nevű pólusok taszítják egymást, mozgás jön létre.
Egyenáramú villanymotor szénkefékkel:
Az autóiparban szinte minden villanymotort állandó mágnessel és szénkefés egyenáramú motornak terveztek. Az ilyen típusú villanymotorokban a következő mágneseket találjuk:
- Állandó mágnesek (egy északi és egy déli pólus): közöttük álló mágneses tér van;
- Tekercsek: ebben elektromágneses tér keletkezik. A forgó elektromágneses mező a tekercsekben jön létre.
Az állandó mágnesek a rotor bal és jobb oldalán helyezkednek el, és egy északi és egy déli pólusból állnak. Ezen északi és déli pólus között stacionárius mágneses tér van, amely nem változik, amikor a villanymotor üzemel vagy áll.
A tekercsekben forgó elektromágneses mező keletkezik, amint áram folyik rajtuk. Az áramot a szénkefék táplálják és távolítják el a kommutátoron keresztül.
Az áram irányának megfordítása kommutációval történik: két szénkefe húzza át a kommutátort, amely plusz és mínusz oldalból áll. A plusz oldalon lévő szénkefe az áramot a vezető felé viszi (zöld nyilak az ábrán). Az áram a negatív oldalon lévő szénkefén keresztül hagyja el a vezetőt. A vezetőn átfolyó áram elektromágneses mezőt hoz létre.
Erő jön létre az armatúrában (a vezetőben) keletkező mágnesesség és a mező (az állandó mágnesek) között (piros nyilak a képen). Ez az erő hatására az armatúra és a kommutátor a tengelyük körül forog. A szénkefék ezután a kommutátor másik részének ütköztek, megfordítva az áram irányát az armatúrában. A mágneses tér és az erő ugyanabba az irányba épül fel, így az armatúra ismét a tengelye körül forog.
Az elektromos motor (értsd: az armatúra) forgásirányát a szénkefék plusz és mínusz felcserélésével tudjuk megváltoztatni.
A plusz és mínusz felcserélése H-híd segítségével valósítható meg.
- Az ECU (1) egyidejűleg a négy tranzisztor vagy FET (4) közül kettőt vezérel;
- A FET-ek (2) pluszt és testet adnak a villanymotornak (3). Attól függően, hogy melyik két FET van bekapcsolva, a felső szénkefe pozitív, az alsó pedig köszörült, vagy fordítva;
- A villanymotor melletti potenciométer rögzíti a helyzetet és a forgásirányt. Nem minden villanymotor van felszerelve potenciométerrel.
Lásd az oldalt H-híd a H-híd lehetséges kialakításaihoz és kapcsolási módjaihoz.
Egyenáramú villanymotor szénkefék nélkül:
A kefe nélküli egyenáramú (DC) motor egy szinkronmotor. Az elektromos vezérlés kicserélte a szénkeféket. Ez a típusú villanymotor nagyon hasonlít az állandó mágneses szinkron váltakozóáramú motorhoz, amelyet a elektromos járművek hajtáslánca. A fő különbség a két motor között a vezérlésben rejlik: az AC motor modulált szinuszos váltófeszültséggel, az egyenáramú motor pedig négyszöghullám feszültséggel vezérelhető.
Az állórész gyakran három vagy hat tekercset tartalmaz (U, V és W), a forgórész pedig állandó mágnes. Az alábbi képen az egyenáramú motor vázlatos felépítése látható, a feszültség előrehaladásával a három tekercsen keresztül. A valóságban több Hall érzékelőt szerelnek fel a pólusok közé a rotor helyzetének meghatározására.
A vezérlőegység a rotor helyzete alapján határozza meg, hogy mely tekercseket kell vezérelnie.
A következő képen az U+ tekercs feszültség alatt van. A tekercs pólus köré tekercselésének módja határozza meg, hogy északi vagy déli pólus lesz-e. Ebben a példában az U+ az északi pólus, az U- pedig a déli pólus.
A rotor állandó mágnesként van kialakítva. Az előző bekezdésekben leírtak szerint a forgórész a tekercseken átmenő változó mágneses tér hatására elhelyezkedik vagy forog.
A forgórész óramutató járásával ellentétes irányú elforgatásához az előző ábrán látható helyzettől a V-tekercsek feszültség alá kerülnek.
A V+ lesz az északi pólus, a V- a déli pólus. Az állandó mágnes forgórésze forog;
az északi és déli pólus vonzza egymást, akárcsak a mágnes másik oldalán lévő déli és északi pólus.
Most a W tekercsek feszültség alatt vannak, hogy a rotort további 60 fokkal elfordítsák.
A W+ tekercs északi pólussá, a W- pedig déli pólussá válik. A rotor elfordul, és új pozícióba kerül.
A következő képen látható rotor az első helyzet óta 180 fokkal elfordult; az első képen a déli pólus felfelé mutatott; most az Északi-sark.
Az U+ tekercs és az U-tekercs polaritása felcserélődik, így az áram fordított irányban folyik át a tekercseken. Ezáltal az U+ déli pólus, az U- pedig északi pólus.
Az állandó mágnessel ellátott rotor a mágneses tér változásával tovább forog.
A rotor ismételt 60 fokkal történő elforgatásához a V-t északi pólussá, a V+-t pedig déli pólussá teszik. A rotor új pozícióba kerül.
A tekercsekben lévő mágneses tér változása következtében a rotor ismét 60 fokkal elfordul:
A W-tekercs az északi pólus, a W+ pedig a déli pólus.
A fent leírt hat helyzetben két tekercs egyidejűleg folyamatosan feszültség alatt van. Gyakran találunk kefe nélküli egyenáramú motorokat is, amelyekben hat helyett három tekercs van. Három tekercsnél az U, V és W tekercsek is egymás után kapnak feszültséget, de a polaritásban nincs változás.
A kefe nélküli egyenáramú motor nagy teljesítményű motor olyan alkalmazásokhoz, ahol nagy nyomaték szükséges mind az indításhoz, mind a közepes sebességhez, mind a nagy sebességhez. A kefe nélküli egyenáramú motort és a léptetőmotort gyakran összekeverik. Ez nem meglepő, mert a motorok működésében és vezérlésében sok hasonlóság van: mindkét motort úgy hajtják, hogy állandó mágnesekkel mágneses teret hoznak létre a tekercsek és a forgórész között. Mégis, a terminológia mellett mindkét motor jelentős különbségeket mutat, főként az alkalmazásban, és így az anyagválasztásban is.
A léptetőmotor alapvetően kefe nélküli egyenáramú motor, de más területen alkalmazzák. Míg az egyenáramú motort főként hosszú távú, nagy fordulatszámon történő működésre használják, a léptetőmotort olyan alkalmazásokban látjuk, ahol a pontos pozíció beállítása a legfontosabb.
Az ábrázolt egyenáramú motort a forgórész minden 60°-os elfordulásában szabályozzák. Ez esetleg 30°-ra csökkenthető, ha az egyes vezérlések között egyszerre négy tekercset feszültség alá helyezünk, így egy köztes helyzetet kapunk. A léptetőmotor azonban képes 1,8° és 0,9° közötti lépésközök beállítására. Ez azt is mutatja, hogy a léptetőmotor nagyon pontos pozíciókra alkalmas.
A különböző verziók, az ECU általi vezérlési módok és az alkalmazások megtalálhatók a oldalon léptetőmotor.
Kapcsolódó oldalak:
