denekler:
- tanıtım
- Kalıcı mıknatıslı step motor (PM tipi)
- Değişken isteksizlik step motoru (VR)
- Hibrit step motor
Giriiş:
Adından da anlaşılacağı gibi bir step motor birkaç adımda ayarlanabilir. Adım sayısı değişebilir. Uygulamaya bağlı olarak adım motoru, dönüş başına 4 ila 200 adım arasında ayarlanabilir; bu, 0,8° rotor dönüşünün kontrollü bir dönüşüne karşılık gelebilir.
Bir step motorun açısal dönüşü çok hassas bir şekilde belirlenebilir. Step motor temel olarak bir senkron DC elektrik motoru Parçalar ve kontrol yöntemleri çok benzer olduğundan karbon fırçaları yoktur ancak yine de aşağıdaki özellikleriyle bu DC motordan ayrılır:
- Bir step motorun düşük hızlarda nispeten büyük bir torku vardır ve bu nedenle durma halinden çok hızlı bir şekilde çalışmaya başlayabilir;
- Bir step motorun hareketi yavaş ve çok hassastır. DC motor uzun süre hızlı çalışacak şekilde kullanılır;
- Step motorun dönüş hızı ve konumu, kontrol ünitesinden gelen bir kontrol sinyali ile kontrol edilir. Bu, hiçbir konum sensörüne veya başka bir geri bildirim biçimine gerek olmadığı anlamına gelir;
- Bir step motor, fırçasız DC motora kıyasla daha fazla ses çıkarır ve daha fazla titreşime neden olur.
Step motor, arabanın birçok yerinde parçaların kontrollü bir elektriksel hareket yapmasını sağlamak için kullanılır. Aşağıda step motorun bulunabileceği üç uygulama bulunmaktadır: rölanti kontrolü için, gösterge panelindeki eller ve havalandırma kontrolü için ısıtıcı valfler.
Rölanti kontrolü için step motor:
Benzinli motorun gaz kelebeği valfi hareketsiz durumdayken kapalıdır. Motorun rölantide çalışmasını sağlamak için küçük bir açıklık gereklidir. Geçiş aynı zamanda ayarlanabilir olmalıdır çünkü sıcaklık ve yük (örn. klima pompası gibi tüketiciler açıldığında) gerekli emilen hava miktarını etkiler.
Modern motorlarda gaz kelebeğinin konumu hassas bir şekilde kontrol edilir. Ayrıca kısma valfinin tamamen kapalı olduğu ve havanın bir baypas kontrolü yoluyla kısma valfi etrafında yönlendirildiği sistemler de buluyoruz. Hava sirkülasyonu PWM kontrollü DC motor veya step motor ile gerçekleştirilebilir. Hakkındaki sayfaya bakın gaz kelebeği.
Aşağıdaki üç resim, rölanti hız kontrol cihazı olarak görev yapan bir step motora aittir. Baypasın açılması konik uçlu şaft tarafından kontrol edilir. Step motordaki armatürün döndürülmesi sonsuz dişlinin dönmesine neden olur.
- Saat yönünün tersine çevirin: sonsuz dişli içe doğru döner (baypasta büyük açıklık);
- Saat yönünde dönüş: Sonsuz dişli dışarı doğru döner (baypastaki küçük açıklık).
Enstrüman paneli:
Gösterge paneli genellikle depo seviye göstergesi, hız göstergesi, takometre, motor sıcaklığı ve aşağıdaki örnekte takometrenin altındaki tüketim ölçer için birden fazla kademeli motorla donatılmıştır. Bir BMW'nin gösterge paneli aşağıda gösterilmiştir.
Gösterge panelinin arkasında (iç kısmında) siyah gövdeli beş kademeli motor buluyoruz. Sağda söz konusu step motoru muhafazasız olarak görüyoruz. Burada bipolar step motoru tanıyabileceğimiz iki bobini ve dört bağlantıyı (iki sol, iki sağ) açıkça görebilirsiniz. Step motor, işaretçi iğnelerini küçük adımlarla ayarlayabilir. Ayarlama komutu gösterge panelindeki ECU'dan gelir.
Aşağıdaki şemada step motor sürücüsünün giriş ve çıkışları gösterilmektedir. Bu, gelen bilgiyi step motor için bir çıkışa çeviren gösterge grubundaki IC'dir:
- depodaki yakıt seviyesi (tank şamandırası);
- araç hızı (şanzımandaki darbe üreteci veya ABS sensörleri);
- motor devri (krank mili konum sensörü);
- sıcaklık (soğutma suyu sıcaklık sensörü).
Blok diyagramda kırmızı ve yeşil oklar, step motordaki bobinlerdeki bağlantıları (A'dan D'ye) gösterir.
Soba evindeki hava kılavuz valfleri:
Step motorları sıklıkla elektronik olarak çalıştırılan havalandırma valflerinde buluyoruz. soba evi. Aşağıdaki resimlerde hava sıcaklık valfinin fotoğrafı (solda) ve montaj konumunun resmi (sağda) gösterilmektedir. Step motor, resimdeki 4 rakamının dönme noktasını gösterdiği mekanizma sayesinde valfi çalıştırmaktadır. Adım motoru hatalı çalışıyorsa veya değiştirildikten sonra ECU'ya başlangıç ve bitiş konumları bildirilmelidir. Teşhis ekipmanıyla valf durmalarını öğrenebiliriz, böylece ECU valfin ne zaman tamamen açık veya kapalı olduğunu bilir, böylece valfi kısmen açmak için step motoru ne kadar süre çalıştırması gerektiğini de belirleyebilir.
Kalıcı mıknatıslı step motor (PM tipi):
Bu tip step motor, sabit mıknatıslı bir rotora sahiptir. Bu step motorun avantajı basit yapısı ve dolayısıyla düşük maliyetli fiyatıdır. Aşağıda bu step motorun çalışmasıyla ilgili bilgiler yer almaktadır.
Step motorun rotoru birkaç ara adımla tam dönüş yapabilir. Aşağıdaki dört resimdeki örnekte, dönüş başına dört ara adım gösterilmektedir. Bu nedenle rotor her 90 derecede bir durdurulabilir. Sol step motor, rotorun kuzey kutbu üstte ve güney kutbu altta olacak şekilde 1 konumundadır. Rotoru saat yönünde 90 derece hareket ettirmek için C ve D terminallerine sahip bobine gelen akım kesilir ve diğer bobine enerji verilir. Bu ikinci step motorda görülebilir. Sol kutup pabucu kırmızıya (kuzey kutbu) ve sağ kutup pabucu siyaha (güney kutbu) döner. Bu, rotoru 2 konumuna getirecektir.
Bu aynı zamanda 3 ve 4 numaralı ayarlarda da bu şekilde çalışır; C ve D arasındaki bobine 3. konum için enerji verilir, ancak akım 1. konumdakinin tersi yönde akar. Üst kutup pabucu artık kuzey kutbu ve alt kutup ise güney kutbudur. Rotor şimdi 3 konumunda olacaktır. 4. konum için alt bobine tekrar enerji verilir ve rotor 4. konuma dönecektir.
Dört hızlı step motor her 90 derecede bir durdurulabilir. Adım motorunun kullanıldığı uygulama için bu yeterli değilse sekiz adımda da ayarlanabilir. Bu aynı step motorla mümkündür ancak bu ara adımlar sırasında her iki bobine de aynı anda enerji verilecektir.
Aşağıdaki resimde bu ara adımlar gösterilmektedir. Bunlar 5'ten 8'e kadar olan adımlardır. Gördüğünüz gibi, 5'in ayarlanması 1 ile 2 arasındaki adımlar arasındadır. Aynı durum 6. adım (2. ve 3. adımlar arasında) vb. için de geçerlidir. Bu ara adımlar sırasında, her iki bobinden de bir akım akar.
Rotorun 5. adıma döndürülmesi gerektiğinde, hem alt bobinde A'dan B'ye hem de üst bobinde C'den D'ye bir akım akar. Yani artık iki kuzey kutbu (kırmızı kutup ayakkabıları) ve iki güney kutbu (siyah kutup ayakkabıları) var. Rotor 5 konumunda olacaktır.
Rotoru 45 derece daha döndürmek için (konum 2'ye), dört konumlu step motorun şeması tekrar uygulanır. Bir akımın A'dan B'ye akmasını sağlamak için alt bobine tekrar enerji verilecektir.
Adım motoru daha sonra 45 derece daha döndürülürse (6. konuma), her iki bobine enerji verildiğinde yukarıdaki görüntü tekrar geçerli olacaktır.
Step motor her zaman bir kontrol cihazı tarafından kontrol edilir. Kontrol cihazının sürücü IC'sindeki transistörler, kutup pabuçlarına akım beslemesi ve deşarjını sağlar. Kontrol ünitesi sekiz transistör içerir. Bu sekiz transistörün doğru şekilde kontrol edilmesiyle step motor dört veya sekiz adımda tam bir devrim yapacaktır. Dönüş iki yönde olabilir; sol ve sağ. Kontrol cihazı doğru transistörlerin iletken hale getirilmesini sağlar.
Resimde bir kontrol cihazı tarafından kontrol edilen bir step motor görüyoruz. Transistörler 1 ve 4 açıktır. Kontrolü netleştirmek için transistörler ve teller kırmızı ve kahverengi renktedir. Transistör 1 (kırmızı) terminal A'yı artıya bağlar ve transistör 4 (kahverengi) terminal B'yi toprağa bağlar.
Transistörler 2 ve 3 açılmadığı için içlerinden akım geçmez. Eğer durum böyle olsaydı kısa devre meydana gelirdi.
Resimde step motor biraz daha döndürülmüş durumda. Bu amaçla 6 ve 7 numaralı transistörlerin de iletken hale getirilmesi gerekir.
Kademeli motorun biraz daha dönmesine izin vermek için, 1 ve 4 numaralı transistörlerin iletimi durur, yalnızca 6 ve 7 numaralı transistörler iletimde kalır ve kademeli motorun 3 konumunu almasına neden olur.
Bir sonraki adım için 2 ve 3 numaralı transistörlerin açılması gerekir.
Değişken isteksizlik step motoru (VR):
Sabit mıknatıslı step motor gibi, değişken relüktans step motor da bobinli stator kutupları içerir. Nikel veya demir gibi ferromanyetik metalden yapılmış dişli rotoru ile daha önce tartışılan step motordan farklıdır. Bu, rotorun manyetik olmadığı anlamına gelir. Bu tip step motor günümüzde nadiren kullanılmaktadır.
Bir taraftaki stator bobini (A), diğer taraftaki bobinin (A') ters yönünde sarılır. Aynı durum elbette B ve B' vb. için de geçerlidir. Rotorun dişleri, stator bobinlerine enerji verilmesiyle oluşturulan manyetik akı tarafından çekilir.
Sabit mıknatıslı versiyona kıyasla VR adım motorunun avantajları şunlardır:
- Kalıcı mıknatısların bulunmaması nedeniyle VR step motor üretimi çevreye daha az zarar verir;
- Stator bobinlerinin polaritesini tersine çevirmek gerekli değildir. Bu daha basit kontrole olanak tanır;
Dezavantajları şunlardır:
- Düşük tork;
- Düşük doğruluk;
- Daha yüksek gürültü üretimi. Bu nedenle otomotiv de dahil olmak üzere uygulama sayısı sınırlıdır;
- Kalıcı mıknatısların bulunmaması nedeniyle hareketsiz dururken tutma torku yoktur.
Hibrit step motor:
Hibrit step motor, kalıcı mıknatıslara sahip dişli bir rotora ve rotor ile stator arasında küçük bir hava boşluğu bulunan sekiz bobinli dişli bir statora sahiptir. Rotor, birbirinden 3,6° kaydırılmış iki dişliden oluşur. Rotorun iç kısmında büyük bir mıknatıs bulunmaktadır. Mıknatısın üzerine iki çelik dişli bastırılır. Mıknatısın varlığı nedeniyle dişliler de manyetik hale gelir. Dişlilerden biri kuzey kutbu, diğeri ise güney kutbu olarak mıknatıslanır. Rotordaki her diş manyetik bir kutup haline gelir. Bu nedenle “Kuzey Kutbu rotoru” ve “Güney Kutbu rotoru”ndan bahsediyoruz. Dişlilerin değişmesi nedeniyle dönüş sırasında kuzey ve güney kutupları değişecektir. Her dişlinin 50 dişi vardır.
Step motor sürücüsünün stator bobini üzerinden akım ilettiği anda bobin manyetik hale gelir. Bobinlerin kuzey kutupları rotorun güney kutuplarını çekerek rotorun dönmesine neden olacaktır.
Aşağıdaki üç resim hibrit step motorun iki fazının (kırmızı ve turuncu) kontrolünü göstermektedir.
A. Adım motorunun rotoru, gösterilen bobinler manyetik hale getirildiği için mevcut konumuna dönmüştür (şekle bakın).
- Yeşil dişli, stator üzerindeki kuzey kutuplarına çekilen güney kutbudur;
- Rotor ile stator arasındaki dişler, rotorun çekildiği yerlerde birbiriyle aynı hizadadır. Açıklık sağlamak amacıyla, bu noktalar her üç durumda da siyah işaretle gösterilmiştir;
- Kırmızı dişli yeşil dişlinin arkasındadır. Dişliler birbirine göre döndüğü için kırmızı dişler görünür. Rotor üzerindeki kuzey kutupları stator üzerindeki güney kutuplarına doğru çekilir.
B. Kontrolün aşamaları değişti. Turuncu bobinler ile rotor arasındaki manyetik alan kaybolmuştur. Artık “kırmızı” fazın bobinleri kontrol ediliyor ve kırmızı bobinler ile rotor arasında manyetik alanın oluşmasına neden oluyor.
- Manyetik alanın turuncudan kırmızı bobinlere değişmesi sonucunda rotor saat yönünde 1,8° döner;
- Rotoru saat yönü yerine saat yönünün tersine döndürmek için polaritenin (akım yönü) kırmızı bağlantılar aracılığıyla ters çevrilmesi gerekiyordu. Sonuçta bobinden geçen akımın yönü, manyetik alanın yönünü ve dolayısıyla kuzey ve güney kutuplarının "konumunu" belirler.
C. Kontrol tekrar faz değiştirdi ve rotor tekrar saat yönünde 1,8° döndü.
- A durumundaki aynı bobinlere enerji verilmiştir, ancak turuncu kabloların kutupları ters çevrilmiştir;
- Rotor, B durumunda gösterildiği gibi bobinlerin kontrol edilmesiyle tekrar saat yönünün tersine döndürülebilir;
- Rotorun saat yönünde dönmesini sağlamak için kırmızı bobinlere de enerji verilir, ancak kutuplar B durumuna göre ters çevrilir.
Yukarıdaki örneklerde, kuzey kutup rotorunun bir güney kutup bobinine çekildiği ve aynı zamanda güney kutup rotorunun da bir kuzey kutup bobinine çekildiği görülebilir. Bu, hibrit step motorun çok hassas hareketler yapmasını ve aynı zamanda yüksek torka sahip olmasını sağlar.
Hibrit adım motoru, rotor üzerinde daha fazla kutup çifti ve daha fazla diş ile donatılabilir ve bu sayede 0,728°'ye kadar adımlara ve devir başına 500 adıma olanak sağlanır.
