(Đồ án) đồ án thiết kế thiết bị điện đề tài thiết kế động cơ một chiều không chổi than bldc rôto ngoài có công suất pđm= 1000w

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN
====o0o====

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHƠNG CHỔI THAN BLDC
RƠTO NGỒI CĨ CÔNG SUẤT PĐM= 1000W

Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên 1
Mã số sinh viên
Sinh viên 2
Mã số sinh viên
Sinh viên 3
Mã số sinh viên

: TS. Nguyễn Việt Anh
: Đoàn Hải Ngọc
: 2019600567
: Nguyễn Kim Đồng
: 2019600102
: Nguyễn Đình Ánh
: 2019600745

Hà Nội, 2022

h

BỘ CƠNG THƯƠNG

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

h


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
Số: 04
1. Tên lớp: 20214EE6023001

2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 04

STT

Họ và tên

Mã SV

Lớp

1

Nguyễn Đình Ánh

2019600745

2019DHDIEN01 - ĐH K14

2

Nguyễn Kim Đồng

2019600102

2019DHDIEN01 - ĐH K14

3

Đoàn Hải Ngọc

2019600567

2019DHDIEN01 - ĐH K14

3. Giảng viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Việt Anh
NỘI DUNG
Đề tài: Thiết kế động cơ một chiều không chổi than BLDC, rơto ngồi có
cơng suất Pđm= 1000W.
U CẦU THỰC HIỆN
A. Phần thuyết minh
1. Tổng quan về động cơ một chiều không chổi than rơto bên

ngồi.

2. Tính tốn, thiết kế:

 Tính tốn kích thước mạch từ, dây quấn stato, rơto.
 Thuật tốn thiết kế sơ bộ động cơ BLDC.
 Kết quả tính tốn giải tích.
3. Mơ phỏng kết quả thiết kế động cơ BLDC trên phần mềm.
4. Nội dung trình bày báo cáo ĐAMH theo đúng quy cách chung

(BM03-Quy định số 815/QĐ-ĐHCN, ngày 15 tháng 8 năm 2019).

h


B. Bản vẽ kỹ thuật
STT

Tên bản vẽ

Khổ giấy

Số lượng

1

Sơ đồ hình trải dây quấn stato.

A4

01

2

Bản vẽ hình dạng lá thép và mạch
từ stato, hình dạng nam châm rơto.

A4

01

3

Sơ đồ lắp ráp động cơ.

A4

01

Ngày giao đề tài: 04/7/2022

Ngày hoàn thành: 22/8/2022
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Việt Anh

h


(BM01)

PHIẾU HỌC TẬP NHĨM 4
I. Thơng tin chung

1. Tên lớp: 20214EE6023001

2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 4

TT

Họ và tên

Mã SV

Lớp

1

Nguyễn Đình Ánh

2019600745

2019DHDIEN01 - ĐH K14

2

Nguyễn Kim Đồng

2019600102

2019DHDIEN01 - ĐH K14

3

Đoàn Hải Ngọc

2019600567

2019DHDIEN01 - ĐH K14

II. Nội dung học tập

1. Tên chủ đề: Thiết kế động cơ một chiều không chổi than BLDC, rơto
ngồi có cơng suất Pđm= 1000W.
u cầu thực hiện:
5. Tổng quan về động cơ một chiều không chổi than.
6. Tính tốn, thiết kế:
 Tính tốn kích thước mạch từ, dây quấn stato, rơto.
 Thuật tốn thiết kế sơ bộ động cơ BLDC.
 Kết quả tính tốn giải tích.
7. Mơ phỏng kết quả thiết kế động cơ BLDC trên phần mềm.

2. Hoạt động của sinh viên.

2.1. Hoạt động/Nội dung 1: Tổng quan về động cơ một chiều không chổi
than.

h


- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Kiến thức về thiết kế máy điện đặc biệt.
2.2. Hoạt động/Nội dung 2: Tính tốn, thiết kế động cơ một chiều không chổi
than.

- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Xây dựng được quy trình thiết kế động cơ một
chiều khơng chổi than, cách tính tốn mạch từ, dây quấn và nam châm
rôto.

2.3. Hoạt động Nội dung 3: Mơ phỏng kết quả tính tốn, thiết kế trên phần
mềm.

- Mục tiêu/chuẩn đầu ra: Biết được cách sử dụng phần mềm để mô phỏng
xác định kết quả, so sánh đối chiếu với kết quả tính tốn giải tích.

3. Sản phẩm nghiên cứu.

- Bản báo cáo thuyết minh đồ án môn học và các bản vẽ kỹ thuật kèm theo.

III. Nhiệm vụ học tập

1. Hoàn thành ĐAMH theo đúng thời gian quy định (từ ngày 04/7/2022 đến
ngày 22/8/2022)

2. Báo cáo sản phẩm nghiên cứu theo chủ đề được giao, trước giảng viên và
những sinh viên khác.

IV. Học liệu thực hiện ĐAMH

h


1.

Tài liệu học tập: Thiết kế máy điện (Trần Khánh Hà, Nguyễn Hồng

Thanh…..); Máy điện đặc biệt (Nguyễn Trọng Thắng);) SPEED’s Electric
Machines with problems and solutions (TJE Miller 2002).

2. Phương tiện, ngun liệu thực hiện ĐAMH (nếu có): Máy tính cá nhân, bản
vẽ.

h


(BM02)

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC
1. Tên lớp: 20214EE6023001

2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 4

TT

Họ và tên

Mã SV

Lớp

1

Nguyễn Đình Ánh

2019600745

2019DHDIEN01 - ĐH K14

2

Nguyễn Kim Đồng

2019600102

2019DHDIEN01 - ĐH K14

3

Đồn Hải Ngọc

2019600567

2019DHDIEN01 - ĐH K14

Người thực hiện

Nội dung cơng việc

Phương pháp thực hiện

Nguyễn Kim Đồng

Chương 1: Tổng quan về động cơ Tìm hiểu tài liệu, viết báo
một chiều khơng chổi than.
cáo.

Nguyễn Đình Ánh
Đồn Hải Ngọc

Chương 2: Tính tốn, thiết kế
Tìm hiểu tài liệu, viết báo
- Tính tốn kích thước mạch từ, dây
cáo.
quấn stato, rơto.

Chương 2: Tính tốn, thiết kế
Tìm hiểu tài liệu, thiết kế
Đồn Hải Ngọc
- Thuật tốn thiết kế sơ bộ động cơ theo yêu cầu đề tài, viết
Nguyễn Kim Đồng
báo cáo.
BLDC.
Tìm hiểu tài liệu, thiết kế
theo yêu cầu đề tài, viết
báo cáo.

Đồn Hải Ngọc
Nguyễn Đình Ánh

Chương 2: Tính tốn, thiết kế
- Kết quả tính tốn giải tích .

Nguyễn Đình Ánh
Đồn Hải Ngọc

Tìm hiểu tài liệu, nhập số

Chương 3: Mơ phỏng tính tốn,
liệu kỹ thuật cho chương
thiết kế.
trình, theo dõi quá trình
- Xác định kết quả và so sánh giải
chạy phần mềm và xuất
tích.
dữ liệu kết quả.

Nguyễn Đình Ánh
Nguyễn Kim Đồng Trình bày nội dung báo cáo ĐAMH
Đồn Hải Ngọc

h

Tổng hợp tất cả các nội
dung đã được trao đổi,
thống nhất trong nhóm và
các kết quả đạt được.


3. Tiến độ thực hiện: Thiết kế động cơ một chiều khơng chổi than, rơto bên ngồi.

Ngày 04 tháng 7 năm 2022.

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

TS. Nguyễn Việt Anh

h

(BM04)

BÁO CÁO HỌC TẬP NHÓM
1. Tên lớp: 20214EE6023001

2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 4

TT

Họ và tên

Mã SV

Lớp

1

Nguyễn Đình Ánh

2019600745

2019DHDIEN01 - ĐH K14

2

Nguyễn Kim Đồng

2019600102

2019DHDIEN01 - ĐH K14

3

Đoàn Hải Ngọc

2019600567

2019DHDIEN01 - ĐH K14

Tên chủ đề: Thiết kế động cơ một chiều khơng chổi than BLDC, rơto bên
ngồi.

Người thực hiện

Nội dung công việc

Kết quả đạt
được

Kiến nghị với
GVHD

Nguyễn Kim Đồng

Chương 1: Tổng quan về
Bản báo cáo
động cơ một chiều không chổi
đồ án

than.

Không

Nguyễn Đình Ánh
Đồn Hải Ngọc

Chương 2: Tính tốn, thiết kế
Bản báo cáo
- Tính tốn kích thước mạch
đồ án
từ, dây quấn stato, rơto.

Khơng

Đồn Hải Ngọc
Nguyễn Kim Đồng

Chương 2: Tính tốn, thiết kế
Bản báo cáo
- Thuật toán thiết kế sơ bộ
đồ án
động cơ BLDC.

Khơng

Đồn Hải Ngọc
Nguyễn Đình Ánh

Chương 2: Tính tốn, thiết kế

- Kết quả tính tốn giải tích .

Bản báo cáo
đồ án

Khơng

Nguyễn Đình Ánh
Đồn Hải Ngọc

Chương 3: Mơ phỏng tính
tốn, thiết kế.
Bản báo cáo
đồ án
- Xác định kết quả và so sánh
giải tích.

Khơng

h


Nguyễn Đình Ánh
Nguyễn Kim Đồng
Đồn Hải Ngọc

Trình bày nội dung báo cáo Bản báo cáo
ĐAMH
đồ án

Không

Ngày 04 tháng 7 năm 2022

XÁC NHẬN CỦA GIẢNG VIÊN

TS.Nguyễn Việt Anh

h


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHƠNG CHỔI
THAN BLDC, ROTOR NGỒI................................................................6
1.1

Giới thiệu động cơ BLDC..................................................................6

1.2

Cấu tạo động cơ BLDC......................................................................9
1.2.1

Startor..................................................................................10

1.2.2

Rotor....................................................................................11

1.2.3

Cảm biến vị trí Hall Sensor.................................................12

1.2.4

Bộ phận chuyển mạch điện tử (electronic commutator).....14

1.3

Nguyên lý hoạt động của BLDC......................................................14

1.4

Các hệ truyền động điện dùng động cơ BLDC................................15

1.5

1.4.1

Truyền động khơng đảo chiều (truyền động 1 cực tính).....15

1.4.2

Truyền động có đảo chiều (truyền động 2 cực tính)...........17

Một số đặc điểm về điện của động cơ BLDC..................................17
1.5.1

Mơ-men điện từ...................................................................17

1.1.1. Đặc tính cơ và đặc tính làm việc của động cơ BLDC...........18
1.5.2

Sức phản điện động.............................................................18

CHƯƠNG 2. TÍNH TỐN, THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU
KHƠNG CHỔI THAN BLDC, ROTOR NGỒI..................................19
2.1

Thơng số động cơ.............................................................................19

2.2

Tính tốn thiết kế.............................................................................22
2.2.1

Đường kính trong stato là....................................................24

2.2.2

Đường kính rơto có nam châm............................................27

2.2.3

Hệ số từ thẩm......................................................................28

2.2.4

Từ trường khe hở khơng khí................................................28

2.2.5

Kiểu đấu dây........................................................................29

2.2.6

Kích thước răng, gơng stato................................................31

CHƯƠNG 3. MƠ PHỎNG KẾT QUẢ THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ BLDC
.....................................................................................................................33
3.1

Giới thiệu phần mềm........................................................................33
3.1.1

RMxprt................................................................................34
1

h


3.1.2

Maxwell 3D/2D...................................................................34

3.2
Mô phỏng động cơ một chiều không chổi than BLDC 1000W sử
dụng phần mềm RMxprt và Maxwell 2D....................................................34
3.3

Đồ thị trong RMxprt........................................................................40
3.3.1

Mơ hình động cơ.................................................................44

KẾT LUẬN................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................47

2

h


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Động cơ BLDC..............................................................................6
Hình 1.2 Cấu tạo của 2 loại động cơ 1 chiều................................................7
Hình 1.3 Động cơ một chiều (a) Động cơ DC (B) Động cơ BLDC..............7
Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ..............................................9
Hình 1.5 Stator của động cơ BLDC............................................................10
Hình 1.6 Hai dạng sóng của sức điện động (a) Hình thang (b) Hình sin....11
Hình 1.7 Các loại rotor trong động cơ BLDC.............................................11
Hình 1.8 Hiệu ứng Hall...............................................................................13
Hình 1.9 Động cơ BLDC cấu trúc nằm ngang...........................................13
Hình 1.10 Sơ đồ cấp điện cho các cuộn dây của stator...............................15
Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý làm việc của động cơ BLDC...........................15
Hình 1.12 Thứ tự chuyển mạch và chiều quay của từ trường stator...........16
Hình 1.13 Chuyển mạch 2 cực tính của động cơ BLDC.............................17
Hình 1.14 Đặc tính của động cơ BLDC (a) Đặc tính làm việc và (b) Đặc
tính cơ..........................................................................................................18

Hình 2.1 Dạng hình học của mạch từ..........................................................22
Hình 2.2 Đường sức từ trong rãnh (a) và phân chia hình học (b)...............25
Hình 2.3 Giá trị hệ số carter với tỉ số độ rộng miệng rãnh và bước rãnh...26
Hình 2.4 Một số thù hình nam châm vĩnh cửu trong động cơ....................27
Hình 2.5 Khe hở khơng khí giữa stato và rơto trong động cơ BLDC.........27
Hình 2.6 Kiểu rãnh stato hình thang...........................................................31
Hình 3.1 Đồ thị dịng điện theo tốc độ........................................................40
Hình 3.2 Hiệu suất động cơ theo tốc độ đầu trục........................................40
Hình 3.3 Đặc tính mơmen theo tốc độ đầu trục..........................................41
Hình 3.4 Cơng suất đầu ra theo tốc độ đầu trục..........................................41
Hình 3.5 Mơmen đập mạch.........................................................................42
Hình 3.6 Mật độ từ thơng khe hở khơng khí...............................................42
Hình 3.7 Dịng điện khi mang tải................................................................43
Hình 3.8 Điện áp khi mang tải....................................................................43
Hình 3.9 Sức phản điện động ở chế độ định mức.......................................44
Hình 3.10 Động cơ BLDC nhìn dọc trục động cơ......................................44
Hình 3.11 Mơ hình cuộn dây (a), mơ hình nam châm vĩnh cửu (b)............45
Hình 3.12 Stator và lắp cuộn dây................................................................45
Hình 3.13 Rotor và hình dạng lá thép.........................................................45
3

h


4

h


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 So sánh giữa động cơ BLDC và động cơ DC................................8
Bảng 2.1 Ký hiệu và ý nghĩa thông số........................................................19
Bảng 2.2 Thông số động cơ.........................................................................21
Bảng 2.3 Hệ số điện cơ TRV......................................................................23
Bảng 2.4 Bảng giá trị kích thước răng, gông stato.....................................32
Bảng 3.1 Xuất số liệu..................................................................................34

5

h


LỜI NÓI ĐẦU
Máy điện là một loại hệ điện từ gồm có mạch từ và mạch điện liên
quan với nhau. Mạch từ gồm các bộ phận dẫn từ và khe hở khơng khí.
Mạch điện gồm hai hoặc nhiều dây quấn có thể chuyển động tương đối với
nhau cùng bộ phận mang chúng. Máy biến áp là một hệ thống biến đổi cảm
ứng điện từ dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều từ điện áp này thành
dòng điện xoay chiều có điện áp khác. Các dây quấn và mạch từ của nó
đứng n và q trình biến đổi từ trường để sinh ra sức điện động cảm ứng
trong dây quán thực hiện bằng phương pháp điện.
Mặt khác, máy biến áp nó cịn có vai trong quan trọng trong nền kinh
tế quốc dân như trong công nghiệp, nôn nghiệp, giao thông vận tải, các hệ
điều khiển….
Nên việc tính tốn khơng khỏi thiếu sót. Mong các thầy, cơ cho nhận
xét để đồ án này được hoàn thiện hơn. Em xin cảm ơn thầy TS.NGUYỄN
VIỆT ANH đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện cho em để hoàn thành tốt bài
tập này và em được học hỏi nhiều vấn đề về máy biến áp trong thời gian
khai thác.
Xin chân thành cảm ơn !

Hà Nội, ngày 04 tháng 07 năm 2022

6

h


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CHỔI
THAN BLDC, ROTOR NGỒI
1.1 Giới thiệu động cơ BLDC

Hình 1.1 Động cơ BLDC
Động cơ một chiều thông thường (Động cơ DC) có hiệu suất cao và
các đặc tính của chúng thích hợp với các truyền động servo. Tuy nhiên,
hạn chế duy nhất là trong cấu tạo của chúng cần có cổ góp và chổi than nên
vận hành kém tin cậy và khơng an tồn trong các mơi trường rung chấn, dễ
cháy nổ, người sử dụng phải bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên do các thiết
bị dễ bị bào mòn. Để tránh những nhược điểm đó, động cơ một chiều
khơng chổi

than ra đời khắc phục những nhược điểm của động cơ một

chiều thông thường. Động cơ này được biết đến như là động cơ đồng bộ
kích thích bằng nam châm vĩnh cửu hay còn gọi là Brushless DC Motor
(động cơ BLDC). Về cơ bản động cơ BLDC thực chất là động cơ một
chiều có hệ thống đảo chiều dịng điện bán dẫn, sử dụng tín hiệu phản hồi
vị trí Rotor

để quyết định việc chuyển mạch. Thơng thường, việc xác

định vị trí của Rotor có thể thực

hiện bằng cảm biến Hall hoặc encoder.

Động cơ BLDC hiện nay đang rất được quan tâm trong các ứng dụng điều
chỉnh tốc độ, điều khiển vị trí chính xác.
6

h


(a) Động cơ BLDC
1. Trục Rotor
2. Nam châm vĩnh cửu
3. Cuộn dây
4. Ổ bi
(b) Động cơ DC
1. Trục Rotor
2. Nam châm vĩnh cửu
3. Nam châm
4. Cuộn dây
Hình 1.2 Cấu tạo của 2 loại động cơ 1 chiều
So sánh động cơ BLDC với động cơ DC

(a) Động cơ DC

(b) Động cơ BLDC

Hình 1.3 Động cơ một chiều (a) Động cơ DC (B) Động cơ BLDC

Động cơ DC và động cơ BLDC có những khác biệt khá lớn. Bảng 1.1
so sánh ưu nhược điểm của hai loại động cơ này. Sẽ giúp cho người sử
dụng thấy rõ sự khác biệt về hai loại động cơ này.

7

h


Bảng 1.1 So sánh giữa động cơ BLDC và động cơ DC
Các thông
số so sánh

Động cơ BLDC

Động cơ DC

Bộ chuyển
mạch

Đảo chiều bằng
điện tử dựa trên
thơng tin từ cảm
biến vị trí Rotor

Đảo chiều dịng Động cơ BLDC sử dụng
kiểu cơ khí bằng chuyển mạch điện tử thay thế
chổi than và cổ cho chuyển mạch cơ
góp

Hiệu suất

Cao

Trung bình

Điện áp rơi trên các linh kiện
điện tử nhỏ hơn điện áp rơi trên
chổi than

Bảo trì

Rất ít hoặc khơng
cần bảo trì

Định kỳ

Khơng phải bảo trì chổi than,
cổ góp

Đáp ứng
động

Nhanh

Chậm

Mơ mem qn tính của rotor
động cơ BLDC thường nhỏ hơn

so với mơ mem qn tính của
rotor động cơ một chiều thông
thường

Dải điều
chỉnh tốc
độ

Cao

Thấp

Động cơ BLDC không bị giới
hạn tốc độ về mặt cơ khí do
chổi than và cổ góp

Nhiễu điện

Thấp

Cao

Động cơ BLDC khơng có tia
lửa điện khi vận hành do khơng
có chổi than, cổ góp vì vậy ít
gây nhiễu hơn

Tuổi thọ

Cao

Thấp

Do động cơ BLDC khơng có
chổi than, cổ góp

Điều khiển

Phức tạp

Đơn giản

Động cơ BLDC có cảm biến
Hall trả giá trị về để điều khiển
các van

Giá thành

Cao

Thấp

Do động cơ được kích từ bằng
nam châm vĩnh cửu nên khi chế
tạo giá thành cao
8

h

Ưu/Nhược điểm của động cơ

BLDC với động cơ DC


Từ bảng 1.1 Ta nhận thấy rằng ưu điểm mà động cơ một chiều không
chổi mang lại đảm bảo sự an toàn, đáp ứng được nhu cầu mà động cơ một
chiều thơng thường khơng thể có. Ngồi ra, động cơ hoạt động với vận tốc
cao, vận hành êm và hiệu suất nâng cao hơn.
1.2 Cấu tạo động cơ BLDC
Bộ chuyển mạch

+
-

Động cơ

=
~

Mạch Logic
Cảm biến vị trí

Hình 1.4 Sơ đồ ngun lý điều khiển động cơ
Động cơ BLDC (Brushless DC) hay cịn có tên khác động cơ khơng
chổi than là một loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Thực chất động
cơ BLDC không phải là động cơ một chiều mà động cơ xoay chiều đồng bộ
do động cơ thuộc nhóm động cơ đồng bộ nam châm.
Động cơ BLDC được điều khiển thông qua các cảm biến để xác định
vị trí của Rotor

nhằm tạo ra các tín hiệu đưa về bộ chuyển đổi để điều

khiển phần ứng. Động cơ BLDC có

các cảm biến có thể thay đổi chiều

quay của động cơ theo vị trí của Rotor.
Việc xác định vị trí Rotor được thực hiện thơng qua các cảm biến vị
trí, hầu hết các

cảm biến vị trí Rotor (cực từ) là phần tử Hall, tuy nhiên

cũng có một số động cơ sử dụng cảm biến quang học. Mặc dù hầu hết các
động cơ chính thống và có năng suất cao đều là động cơ ba pha, động cơ
BLDC hai pha cũng được sử dụng khá phổ biến vì cấu tạo và mạch truyền
động đơn giản.
9

h


1.2.1 Startor
Stator: từ tiếng Anh (gốc từ stationary: đứng yên) chỉ phần đứng yên,
phần đứng, phần không chuyển động của một hệ thống máy quay, là phần
ngược lại của Rotor.
Khác với động cơ một chiều thông thường, Stator của động cơ BLDC
chứa dây quấn phần ứng.

Hình 1.5 Stator của động cơ BLDC
Stator của động cơ BLDC được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện
với các cuộn dây được đặt trong các khe cắt xung quanh chu vi phía trong

của Stator. Theo truyền thống cấu tạo Stator của động cơ BLDC cũng
giống như cấu tạo của các động cơ cảm ứng khác.
Sự khác nhau trong cách nối liền các bối dây trong cuộn dây Stator tạo
nên sự khác nhau của hình dáng sức phản điện động. Động cơ BLDC có 2
dạng sức phản điện động là dạng hình sin và dạng hình thang. Cũng chính
vì sự khác nhau này mà tên gọi của động cơ cũng khác nhau, đó là động cơ
BLDC hình sin và động cơ BLDC hình thang. Dịng điện pha của động cơ
tương ứng cũng có dạng hình sin và hình thang. Điều này làm cho mơ-men
của động cơ hình sin phẳng hơn nhưng đắt hơn vì phải có thêm các bối dây
mắc liên tục. Cịn động cơ hình thang thì rẻ hơn nhưng đặc tính mô-men lại
nhấp nhô do sự thay đổi điện áp của sức phản điện động là lớn hơn.

10

h


Hình 1.6 Hai dạng sóng của sức điện động (a) Hình thang (b) Hình sin
BLDC thường có các cấu hình 1 pha, 2 pha và 3 pha tương ứng với
các loại đó thì Stator có số cuộn dây là 1, 2 và 3. Phụ thuộc vào khả năng
cấp công suất điều khiển, có thể chọn động cơ theo tỷ lệ điện áp. Động cơ
nhỏ hơn hoặc bằng 48V được dùng trong máy tự

động, Robot, những

chuyển động nhỏ các động cơ trên 100V được dùng trong các thiết bị công
nghiệp, tự động hóa và các ứng dụng cơng nghiệp.
1.2.2 Rotor

Hình 1.7 Các loại rotor trong động cơ BLDC

Được gắn vào trục động cơ và trên bề mặt Rotor có dán các thanh nam
châm vĩnh cửu. Ở các động cơ yêu cầu quán tính của Rotor nhỏ, người ta
thường chế tạo trục của động cơ có dạng hình trụ rỗng.

11

h


Rotor được cấu tạo từ các nam châm vĩnh cửu. Số lượng đôi cực dao
động từ 2 đến

8 với các cực Nam (S) và Bắc (N) xếp xen kẽ nhau. Về cơ

bản thì Rotor khơng có gì khác so với các loại động cơ nam châm vĩnh cửu
khác.
Dựa vào yêu cầu về mật độ từ trường trong Rotor, chất liệu nam châm
thích hợp được chọn tương ứng và trong thực tế nam châm Ferrite thường
được sử dụng. Khi công nghệ phát triển, nam châm làm từ hợp kim ngày
càng phổ biến. Nam châm Ferrite giá thành

rẻ hơn nhưng mật độ thơng

lượng trên đơn vị thể tích lại thấp. Trong khi đó, vật liệu hợp kim có mật
độ từ trên đơn vị thể tích cao và cho phép thu nhỏ kích thước của Rotor
nhưng vẫn đạt được mô-men tương tự. Do đó, với cùng thể tích, mơ-men
của Rotor có nam châm hợp kim luôn lớn hơn Rotor nam châm Ferrite.
1.2.3Cảm biến vị trí Hall Sensor
Khơng giống như Động cơ DC, chuyển động của động cơ BLDC được
điều khiển bằng điện từ tức là các cuộn dây của Stator sẽ được cấp điện

nhờ sự chuyển mạch của các van bán dẫn công suất. Để động cơ làm việc,
cuộn dây của Stator được cấp điện theo thứ tự pha. Tức là tại một thời điểm
thì khơng ngẫu nhiên cấp điện cho cuộn dây nào cả mà phụ thuộc vào vị trí
của Rotor động cơ ở đâu để cấp điện cho đúng. Vì vậy điều quan trọng là
cần phải xác định vị trí của Rotor và cuộn dây Stator nào tiếp theo sẽ được
cấp điện theo thứ tự cấp điện. Vị trí của Rotor được xác định bởi các cảm
biến sử dụng hiệu ứng Hall được đặt ẩn trong Stator. Hầu hết tất cả các
động cơ BLDC đều có cảm biến Hall đặt ẩn bên trong Stator ở phần đuôi
trục (trục phụ) của động cơ.
Mỗi khi các cực nam châm của Rotor đi qua khu vực gần các cảm
biến Hall, các cảm biến sẽ gửi ra tín hiệu mức 0 hoặc mức 1 ứng với khi
cực Bắc hoặc cực Nam đi qua cảm biến. Dựa vào tổ hợp của các tín hiệu từ
3 cảm biến Hall, thứ tự chuyển mạch chính xác được xác định. Tín hiệu mà
các cảm biến Hall nhận được sẽ dựa trên hiệu ứng Hall đó là khi có một
dịng điện chạy trong một vật dẫn được đặt trong một từ trường, từ trường
12

h


sẽ tạo ra một lực nằm ngang lên các điện tích di chuyển trong vật dẫn theo
hướng đẩy chúng về một phía của vật dẫn. Số lượng các điện tích bị đẩy về
một phía sẽ cân bằng với mức độ ảnh hưởng của từ trường. Điều này dẫn
đến xuất hiện một hiệu điện thế giữa 2 mặt của vật

dẫn. Sự xuất hiện của

hiệu điện thế có khả năng đo được này được gọi là hiệu ứng Hall, lấy tên
người tìm ra nó vào năm 1879.
Hình 1.8 Hiệu ứng Hall

Hình 1.9 Động cơ BLDC cấu trúc nằm ngang
Hình 1.9 là mặt cắt ngang của động cơ một chiều không chổi than với
Rotor có các

nam châm vĩnh cửu. Cảm biến Hall được đặt trong phần

đứng yên của động cơ. Việc đặt cảm biến Hall trong Stator là quá trình
phức tạp vì bất cứ sự mất cân đối sẽ dẫn đến việc tạo ra một sai số trong
việc xác định vị trí của Rotor. Để đơn giản quá trình gắn cảm biến lên
Stator, một vài động cơ có các nam châm phụ của cảm biến Hall gắn trên
Rotor. Đây là phiên bản thu nhỏ của nam châm trên Rotor. Do đó, mỗi khi
Rotor quay, các nam châm cảm biến Rotor đem lại hiệu ứng tương tự như
của nam châm chính. Các cảm biến Hall thông thường được gắn trên mạch
13

h