私たちの周りに見られるほとんどすべての機械的開発は、電気モーターによって達成されます。電気機械はエネルギーを変換する方法です。モーターは電気エネルギーを受け取り、機械エネルギーを生成します。電気モーターは、私たちが日常生活で使用する何百ものデバイスに電力を供給するために利用されています。電気モーターは、直流（DC）モーターと交流（AC）モーターの2つの異なるカテゴリーに大きく分類されます。この記事では、DCモーターとその動作について説明します。また、ギアDCモーターのしくみ。

DCモーターとは何ですか？

に DCモーターは電気モーターですそれは直流電力で動作します。電気モーターでは、動作は単純な電磁気学に依存しています。通電導体は磁場を生成し、これが外部磁場に置かれると、導体の電流と外部磁場の強さに比例した力に遭遇します。電気エネルギーを機械エネルギーに変換する装置です。これは、磁場に置かれた通電導体が、元の位置に対して回転する力を受けるという事実に基づいて機能します。実用的なDCモーターは、導体として機能する磁束と電機子を提供する界磁巻線で構成されています。

ブラシレスDCモーター

の入力ブラシレスDCモーターは電流/電圧であり、その出力はトルクです。 DCモーターの動作を理解することは、基本的な図から非常に簡単です。 DCモーターは基本的に2つの主要部分で構成されています。回転部分はローターと呼ばれ、静止部分はステーターとも呼ばれます。ローターはステーターに対して回転します。

回転子は巻線で構成され、巻線は整流子に電気的に関連付けられています。ブラシ、整流子接点、および回転子巻線の形状は、電力が供給されると、通電された巻線と固定子磁石の極性がずれ、固定子の界磁がほぼ真っ直ぐになるまで回転子が回転するようになっています。

回転子が位置合わせに達すると、ブラシは次の整流子接点に移動し、次の巻線に通電します。回転により、回転子巻線を流れる電流の方向が逆になり、回転子の磁場の反転が促され、回転子が回転し続けるように駆動されます。

DCモーターの構築

DCモーターの構造を以下に示します。それが機能していることを知る前に、その設計を知ることは非常に重要です。このモーターの重要な部分には、電機子と固定子が含まれます。

DCモーター

電機子コイルは回転部分であり、静止部分は固定子です。この場合、電機子コイルは、ブラシと整流子を含むDC電源に接続されます。整流子の主な機能は、電機子に誘導されるACをDCに変換することです。電流の流れは、モーターの回転部分から非アクティブな外部負荷に向かってブラシを使用して供給することができます。アーマチュアの配置は、電磁石またはパーマネントの2つの極の間で行うことができます。

DCモーター部品

DCモーターには、ブラシレス、永久磁石、シリーズ、複合巻線、シャント、その他の安定化シャントなど、さまざまな一般的なモーターの設計があります。一般に、これらの人気のある設計ではDCモーターの部品は同じですが、これの全体的な動作は同じです。 DCモーターの主要部品は次のとおりです。

固定子

固定子のような固定部品は、界磁巻線を含むDCモーター部品の部品の1つです。これの主な機能は、供給を得ることです。

ローター

ローターは、ユニットの機械的回転を生成するために使用されるモーターの動的部分です。

ブラシ

整流子を使用するブラシは、主に固定電気回路をローターに固定するためのブリッジとして機能します。

整流子

銅セグメントで設計されたスプリットリングです。また、DCモーターの最も重要な部分の1つです。

フィールド巻線

これらの巻線は、銅線と呼ばれる界磁コイルで作られています。これらの巻線は、ポールシューに通されたスロットとほぼ同じです。

アーマチュア巻線

DCモーターのこれらの巻線の構造は、ラップ＆ウェーブのような2つのタイプです。

ヨーク

ヨークのような磁気フレームは、鋳鉄や鋼で設計されることがあります。それは警備員のように機能します。

ポーランド人

モーターのポールには、ポールコアとポールシューのような2つの主要部分があります。これらの重要な部品は、油圧によって相互に接続され、ヨークに接続されています。

歯/スロット

非導電性のスロットライナーは、ゼロからの安全性、機械的サポート、および追加の電気絶縁のために、スロット壁やコイルの間で頻繁に詰まっています。スロット間の磁性材料は歯と呼ばれます。

モーターハウジング

モーターのハウジングは、ブラシ、ベアリング、鉄心をサポートします。

動作原理

エネルギーを電気から機械に変換するために使用される電気機械は、DCモーターとして知られています。ザ・ DCモーターの動作原理 つまり、電流が流れる導体が磁場内にあると、機械的な力が発生します。この力の方向は、フレミングの左手の法則とその大きさによって決定できます。

最初の指を伸ばすと、2番目の指と左手の親指が互いに垂直になり、人差し指は磁場の方向を示し、次の指は現在の方向を示し、3番目の指のような親指は導体を通して受ける力の方向。

F = BILニュートン

どこ、

「B」は磁束密度です。

「私」は現在です

「L」は、磁場中の導体の長さです。

電機子巻線がDC電源に向けて与えられるときはいつでも、電流の流れは巻線内に設定されます。界磁巻線または永久磁石が磁場を提供します。したがって、電機子導体は、上記の原理に基づく磁場のために力を経験します。
整流子は、一方向のトルクを達成するためのセクションのように設計されています。そうしないと、導体の動きの方向が磁場内で上向きになるたびに、力の経路がひっくり返ります。つまり、これがDCモーターの動作原理です。

DCモーターの種類

さまざまなタイプのDCモーターについて以下で説明します。

ギヤードDCモーター

ギヤードモーターはモーターの速度を低下させる傾向がありますが、それに応じてトルクが増加します。 DCモーターは、電子機器が利用するには速すぎる速度で回転する可能性があるため、この特性は便利です。ギヤードモーターは通常、DCブラシモーターとシャフトに取り付けられたギアボックスで構成されます。モーターは、2つの接続されたユニットによって連動するものとして区別されます。設計、複雑さの軽減、および産業機器、アクチュエータ、医療ツール、ロボット工学などのアプリケーションの構築にかかるコストのために、多くのアプリケーションがあります。

ギアなしで優れたロボットを作ることはできません。すべてを考慮すると、ギアがトルクや速度などのパラメータにどのように影響するかをよく理解することが非常に重要です。
ギアはメカニカルアドバンテージの原理で動作します。これは、独特の歯車径を使用することで、回転速度とトルクを交換できることを意味します。ロボットには、望ましい速度とトルクの比率がありません。
ロボット工学では、トルクは速度よりも優れています。ギアを使用すると、より良いトルクで高速を交換することが可能です。トルクの増加は速度の減少に反比例します。

ギヤードDCモーター

ギヤードDCモーターの減速

歯車の減速は、小さな歯車が大きな歯車を駆動することで構成されます。減速ギアボックスには、これらの減速ギアセットのセットがいくつかある場合があります。

ギヤードDCモーターの減速

ギアモーターを使用する目的は、駆動するデバイスのモーターの回転軸速度を下げることである場合があります。たとえば、小さな同期モーターが1,200 rpmで回転する可能性がある小さな電気時計では、駆動するために1rpmに下げます。秒針とさらに時計機構を減らして分針と時針を駆動します。ここでは、時計機構の摩擦衝撃を克服するのに十分である限り、駆動力の量は関係ありません。

“その番号でMOSFETを識別します ”

シリーズDCモーター

直列モーターは、界磁巻線が内部で電機子巻線に直列に接続されているDC直列モーターです。直列モーターは高い始動トルクを提供しますが、無負荷で運転してはならず、最初に通電したときに非常に大きなシャフト負荷を動かすことができます。直列モーターは、直列巻きモーターとも呼ばれます。

直列モーターでは、界磁巻線は電機子と直列に関連付けられています。電界強度は、電機子電流の進行に応じて変化します。負荷によって速度が低下したとき、直列モーターはより優れたトルクを前進させます。その始動トルクは、さまざまな種類のDCモーター以上のものです。

また、大量の電流が流れるために巻線に蓄積された熱をより簡単に放射することができます。その速度は、全負荷と無負荷の間で大幅にシフトします。負荷が取り除かれると、モーター速度が増加し、電機子と界磁コイルを流れる電流が減少します。大型機械の無負荷運転は危険です。

モーターシリーズ

アーマチュアと界磁コイルを流れる電流が減少し、それらの周りの磁束線の強度が弱まります。コイルの周りの磁束線の強度が、コイルを流れる電流と同じ速度で減少した場合、両方が同じ速度で減少します。

モーター速度が上がります。

利点

直列モーターの利点は次のとおりです。

巨大な始動トルク
シンプルな構造
設計は簡単です
メンテナンスが簡単
費用対効果

アプリケーション

シリーズモーターは、アイドル状態からのトルクである巨大な回転力を生み出すことができます。この特性により、直列モーターは小型電化製品や多用途の電気機器などに適しています。直列モーターは、一定速度が必要な場合には適していません。その理由は、直列モーターの速度は負荷の変化によって大きく変化するためです。

シャントモーター

シャントモーターはシャントDCモーターであり、界磁巻線はモーターの電機子巻線にシャントされるか、並列に接続されます。シャントDCモーターは、最高の速度調整のために一般的に使用されます。また、したがって、電機子巻線と界磁巻線の両方が同じ電源電圧で提供されますが、電機子電流と界磁電流のストリームには個別の分岐があります。

シャントモーターは、直列モーターよりもやや独特の動作特性を持っています。シャント界磁コイルは細線でできているため、直列界磁のように始動時に大電流を発生させることはできません。これは、シャントモーターの始動トルクが非常に低く、シャフトの負荷が非常に小さいことを意味します。

シャントモーター

シャントモーターに電圧が印加されると、シャントコイルには非常に少量の電流が流れます。シャントモーターの電機子は直列モーターに似ており、電流を引き込んで強い磁場を生成します。アーマチュアの周りの磁場とシャントフィールドの周りに生成された磁場の相互作用により、モーターが回転し始めます。

直列モーターと同様に、電機子が回転し始めると、逆起電力が発生します。逆起電力により、電機子の電流が非常に小さいレベルまで減少し始めます。アーマチュアが引き込む電流の量は、モーターが全速力に達したときの負荷のサイズに直接関係しています。一般的に負荷が小さいため、電機子電流は小さくなります。

利点

シャントモーターの利点は次のとおりです。

シンプルな制御性能により、複雑なドライブの問題を解決するための高レベルの柔軟性が得られます
高可用性、したがって最小限のサービス労力が必要
高レベルの電磁両立性
非常にスムーズな実行、したがってシステム全体の低い機械的ストレスと高い動的制御プロセス
広い制御範囲と低速、したがって普遍的に使用可能

アプリケーション

シャントDCモーターは、ベルト駆動のアプリケーションに非常に適しています。この定速モーターは、工作機械や巻き取り/巻き戻し機など、高いトルク精度が要求される産業用および自動車用アプリケーションで使用されます。

DC複合モーター

DC複合モーターには、優れた始動トルクを備えた個別に励起されたシャントフィールドが含まれていますが、可変速度アプリケーション内で問題が発生します。これらのモーターのフィールドは、電機子と個別に励起されるシャントフィールドを介して直列に接続できます。直列フィールドは優れた始動トルクを提供しますが、シャントフィールドは強化された速度調整を提供します。ただし、直列フィールドは可変速ドライブのアプリケーション内で制御の問題を引き起こし、通常は4象限ドライブでは使用されません。

別途興奮

名前が示すように、そうでなければコイルの界磁巻線は別のDC電源を介して通電されます。これらのモーターのユニークな事実は、界磁巻線が別個の外部DC電流源から強化されているため、電機子電流が界磁巻線全体に供給されないことです。 DCモーターのトルク方程式はTg =KaφIaです。この場合、トルクは、界磁磁束「φ」を変更することによって変更され、「Ia」電機子電流とは無関係です。

自発的

名前が示すように、このタイプのモーターでは、巻線内の電流はモーターを介して供給できます。さらに、このモーターは直列巻きモーターとシャント巻きモーターに分けられます。

永久磁石DCモーター

PMDCまたは永久磁石DCモーターには、電機子巻線が含まれています。これらのモーターは、界磁磁束を生成するために固定子コアの内側のマージンに配置することにより、永久磁石で設計されています。一方、ローターには、ブラシと整流子セグメントを含む従来のDCアーマチュアが含まれています。

永久磁石DCモーターでは、永久磁石を介して磁場を形成できます。そのため、入力電流は、エアコン、ワイパー、自動車のスターターなどで使用される励起には使用されません。

DCモーターとマイクロコントローラーの接続

マイクロコントローラーはモーターを直接駆動できません。したがって、モーターの速度と方向を制御するための何らかのドライバーが必要です。モータードライバーは、間のインターフェースデバイスとして機能しますマイクロコントローラーとモーター。モータードライバーは、低電流制御信号を受け取り、高電流信号を提供するため、電流増幅器として機能します。この大電流信号は、モーターを駆動するために使用されます。 L293Dチップを使用すると、マイクロコントローラーを使用してモーターを簡単に制御できます。内部に2つのHブリッジドライバ回路が含まれています。

このチップは、2つのモーターを制御するように設計されています。 L293Dには2セットの配置があり、1セットには入力1、入力2、出力1、出力2、イネーブルピンがあり、別のセットには入力3、入力4、出力3、出力4と他のイネーブルピンがあります。こちらがL293Dに関連する動画です

これは、L293Dマイクロコントローラーと接続されているDCモーターの例です。

L293Dマイクロコントローラーと接続されたDCモーター

L293Dには2セットの配置があり、上の図によると、1つのセットには入力1、入力2、出力1、および出力2があり、別のセットには入力3、入力4、出力3、および出力4があります。

ピン番号2と7がハイの場合、ピン番号3と6もハイになります。イネーブル1とピン番号2がハイで、ピン番号7がローのままの場合、モーターは順方向に回転します。
イネーブル1とピン番号7がハイで、ピン番号2がローのままの場合、モーターは逆方向に回転します。

今日でも、DCモーターは、玩具やディスクドライブなどの小さなアプリケーションや、鉄鋼圧延機や抄紙機を操作するための大きなサイズの多くのアプリケーションで使用されています。

DCモーター方程式

経験したフラックスの大きさは

F = BlI

ここで、B-界磁巻線によって生成される磁束による磁束密度

l-導体の有効長

I-導体を流れる電流

導体が回転すると、供給電圧と反対の方向に作用するEMFが誘導されます。それはとして与えられます

ここで、Ø-界磁巻線によるFluz

P-極の数

A-定数

N –モーターの速度

Z-導体の数

供給電圧、V = E_b+私_にR_に

発生するトルクは

したがって、トルクは電機子電流に正比例します。

また、速度は電機子電流によって変化するため、間接的にモーターのトルクと速度は相互に依存します。

DCシャントモーターの場合、トルクが無負荷から全負荷に増加しても、速度はほぼ一定のままです。

DCシリーズモーターの場合、トルクが無負荷から全負荷に増加すると速度が低下します。

したがって、トルクは速度を変えることによって制御することができます。速度制御は、次のいずれかによって実現されます。

“全波整流器のリップル係数 ”

界磁巻線を流れる電流を制御することによる磁束の変更-磁束制御方法。この方法により、速度は定格速度を超えて制御されます。
アーマチュア電圧制御–通常の速度より低い速度制御を提供します。
供給電圧制御–両方向の速度制御を提供します。

4象限操作

一般的に、モーターは4つの異なる領域で動作できます。ザ・ DCモーターの4象限動作 以下が含まれます。

順方向または時計回りのモーターとして。
順方向の発電機として。
逆方向または反時計回りのモーターとして。
逆方向の発電機として。

DCモーターの4象限動作

第1象限では、モーターが速度とトルクの両方で正の方向に負荷を駆動しています。
第2象限では、トルクの方向が逆になり、モーターが発電機として機能します
第3象限では、モーターが速度とトルクで負の方向に負荷を駆動します。
4で^th象限では、モーターは逆モードで発電機として機能します。
第1象限と第3象限では、モーターは順方向と逆方向の両方で動作します。たとえば、クレーンのモーターで荷物を持ち上げたり、降ろしたりします。

第2象限と第4象限では、モーターはそれぞれ順方向と逆方向の発電機として機能し、エネルギーを電源に戻します。したがって、モーターの動作を制御し、4つの象限のいずれかで動作させる方法は、モーターの速度と回転方向を制御することです。

速度は、電機子電圧を変化させるか、フィールドを弱めることによって制御されます。トルクの方向または回転の方向は、印加電圧が逆起電力よりも大きいまたは小さい程度を変えることによって制御されます。

DCモーターの一般的な障害

モーターの故障と故障を理解するだけでなく、すべての場合に最も適切な安全装置を説明することは重要です。モーターの故障には、機械的、電気的、機械的の3種類があり、電気的に成長します。最も頻繁に発生する障害には、次のものがあります。

断熱材の故障
過熱
過負荷
ベアリングの故障
振動
ロックされたローター
シャフトのずれ
逆走
位相の不均衡

ACモーターおよびDCモーター内で発生する最も一般的な障害には、次のものがあります。

モーターが正しく取り付けられていない場合
汚れでモーターが詰まったとき
モーターに水が含まれている場合
モーターが過熱しているとき

12 VDCモーター

12v DCモーターは安価で、小型で強力であり、いくつかのアプリケーションで使用されます。特定のアプリケーションに適したDCモーターを選択することは困難な作業であるため、正確な会社を通じて作業することが非常に重要です。これらのモーターの最良の例はMETMotorsであり、45年以上にわたって高品質のPMDC（永久磁石DC）モーターを製造しています。

適切なモーターを選択する方法は？

この会社の専門家が最初にあなたの正しいアプリケーションを研究し、その後彼らがあなたが可能な限り最高の製品で仕上げることを保証するために多くの特性と仕様を考慮するので、12vDCモーターの選択はMETmotorsを通して非常に簡単に行うことができます。
動作電圧はこのモーターの特徴の1つです。

モーターがバッテリーを介して電力駆動されると、特定の電圧を取得するために必要なセルが少なくなるため、通常は低い動作電圧が選択されます。ただし、高電圧では、通常、DCモーターを駆動する方が効率的です。とはいえ、その動作は100Vまで上がる1.5ボルトで達成可能です。最も頻繁に使用されるモーターは6v、12v、24vです。このモーターの他の主な仕様は、速度、動作電流、電力、トルクです。

12V DCモーターは、高い始動だけでなく、実行トルクを必要とするDC電源を介してさまざまなアプリケーションに最適です。これらのモーターは、他のモーター電圧と比較して、より少ない速度で動作します。
このモーターの特徴は、主に製造会社や用途によって異なります。

モーター速度は350rpmから5000rpmです
このモーターの定格トルクは、1.1〜12.0インチポンドの範囲です。
このモーターの出力は01hpから.21hpの範囲です。
フレームサイズは60mm、80mm、108mmです
交換可能なブラシ
ブラシの典型的な寿命は2000時間以上です

DCモーターの逆起電力

電流が流れる導体が磁場内に配置されると、トルクが導体上に誘導され、トルクが導体を回転させて磁場の磁束をスライスします。導体が磁場をスライスすると電磁誘導の現象に基づいて、EMFが導体内に誘導します。

誘導起電力の方向は、フレミングの右手の法則によって決定できます。このルールに従って、サムネイル、人差し指、人差し指を90度の角度で握ると、その後、人差し指が磁場の方向を示します。ここで、親指の指は導体の動きの方法を表し、中指は導体上に誘導されたEMFを表します。

フレミングの右手の法則を適用することにより、誘導起電力の方向が印加電圧と逆であることがわかります。したがって、emfはbackemfまたはcounteremfと呼ばれます。逆起電力の発生は、印加された電圧によって直列に行うことができますが、方向が逆になります。つまり、逆起電力は、それを引き起こす電流の流れに抵抗します。

逆起電力の大きさは、次のような同様の式で与えることができます。

Eb = NP ϕZ / 60A

どこ

「Eb」は、バックEMFと呼ばれるモーターの誘導EMFです。

「A」はノーです。逆極性ブラシ間のアーマチュア全体の平行レーンの数

「P」はノーです。極の

「N」は速度です

「Z」は電機子内の導体の整数です

「ϕ」は、各極に役立つフラックスです。

上記の回路では、逆起電力の大きさは、印加された電圧と比較して常に低くなっています。 DCモーターが通常の条件下で動作すると、2つの間の不一致はほぼ同等になります。電流は主電源のためにDCモーターに誘導されます。主電源、逆起電力、電機子電流の関係は、Eb = V –IaRaで表すことができます。

4象限でDCモーターの動作を制御するためのアプリケーション

4象限でのDCモーター動作の制御は、7つのスイッチとインターフェースするマイクロコントローラーを使用して実現できます。

4象限制御

ケース1： スタートスイッチと時計回りスイッチを押すと、マイクロコントローラーのロジックがピン7にロジックロー、ピン2にロジックハイの出力を提供し、モーターを時計回りに回転させ、1で動作させます。^st四分円。 PWMスイッチを押すと、モーターの速度を変えることができます。これにより、ドライバーICのイネーブルピンにさまざまな持続時間のパルスが印加され、印加電圧が変化します。

ケース2： 前進ブレーキが押されると、マイクロコントローラーロジックはピン7にロジックローを適用し、ピン2にロジックハイを適用し、モーターは逆方向に動作する傾向があるため、モーターは即座に停止します。

同様に、反時計回りのスイッチを押すと、モーターが逆方向に移動します。つまり、3で動作します。^rd四分円で、リバースブレーキスイッチを押すと、モーターが瞬時に停止します。

したがって、マイクロコントローラの適切なプログラミングとスイッチを介して、モーターの動作を各方向に制御できます。

したがって、これはすべてDCモーターの概要に関するものです。ザ・ DCモーターの利点 加速と減速の優れた速度制御、わかりやすい設計、シンプルで安価なドライブ設計を提供します。ここにあなたへの質問があります、DCモーターの欠点は何ですか？

写真クレジット：