Thiết kế phương tiện di chuyển cá nhân sử dụng đông cơ BLDC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ PHƯƠNG TIỆN DI CHUYỂN CÁ NHÂN SỬ
DỤNG ĐỘNG CƠ BLDC
SVTH : TRẦN MẠNH CƯỜNG
MSSV : 13145047
SVTH : TRƯƠNG THÁI TRANG
MSSV : 13145283
KHÓA : 2013-2017
GVHD : ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô
Tên đề tài:

THIẾT KẾ PHƯƠNG TIỆN DI CHUYỂN CÁ NHÂN SỬ
DỤNG ĐỘNG CƠ BLDC
SVTH : TRẦN MẠNH CƯỜNG
MSSV : 13145047
SVTH : TRƯƠNG THÁI TRANG
MSSV : 13145283
KHĨA : 2013-2017

GVHD : ThS. NGUYỄN TRUNG HIẾU

Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ mơn:..................................................

TP.HỒ CHÍ MINH, Ngày Tháng 07 Năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1. .................................................................. MSSV:................................
2. ................................................................ MSSV:...............................
Chuyên Ngành:....................................................................... Mã Ngành Đào Tạo:...........
Hệ Đào Tạo:............................................................................ Mã Hệ Đào Tạo:.................
Khóa :...................................................................................... Lớp:....................................
ên Đề Tài
“Thiết kế phương tiện di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC”
2. Nhiệm Vụ Đề Tài
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

3. Sản Phẩm Đề Tài
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

1.
T


.........................................................................................................................................
4. Ngày Giao Đề Tài: Ngày tháng năm 2017
5. Ngày Nộp Đề Tài: Ngày

tháng năm 2017

TRƯỞNG BỘ MÔN

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn ……………………………..

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)

Họ và tên sinh viên…………………………………..MSSV:…………….. Hội đồng:…………
Họ và tên sinh viên…………………………………..MSSV:…………….. Hội đồng:…………
Tên đề tài:.........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................
Ngành đào tạo: .................................................................................................................................
Họ và tên GV hướng dẫn: ................................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy)
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2.2 Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)


..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2.3.Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2.4. Những tồn tại (nếu có):
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

3. Đánh giá:


TT
1

2

Điểm
tối đa

Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN

Điểm đạt
được

4. Kết

30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm

100

luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2017

Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn ……………………………..

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên........................................................MSSV:

………….Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên........................................................MSSV:

………….Hội đồng…………

Tên đề tài:.........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................................


Ngành đào tạo: .................................................................................................................................
Họ và tên GV phản biện: (Mã GV)..................................................................................................
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2. Nội dung đồ án:
(Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

3. Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

5. Câu hỏi:
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................
.............................................................................................................................................................................

6. Đánh giá:

TT
1.

2.

Điểm
tối đa

Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN

Điểm đạt
được

7. Kết

30

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục

10

Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài

10

Tính cấp thiết của đề tài

10

Nội dung ĐATN

50

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa
học xã hội…

5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.

15

Khả năng cải tiến và phát triển

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

5

3.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

10

4.

Sản phẩm cụ thể của ĐATN

10

Tổng điểm

100

luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng 07 năm 2017

Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: “Thiết kế phương tiện di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC”
Họ và tên sinh viên: .........................................................................

MSSV: .....................................

........................................................................... MSSV: .....................................

Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô


Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản
biện và các thành viên trong Hội đồng bảo vệ. Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng
theo yêu cầu về nội dung và hình thức.

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng 07 năm 2017


LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu thực hiện đề tài “Thiết kế phương tiện di chuyển cá
nhân sử dụng động cơ BLDC”, chúng em đã nhận được nhiều sự quan tâm giúp đỡ và chỉ
bảo tận tình của q Thầy Cơ Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh và bạn bè.
Với lịng biết ơn chân thành và sâu sắc, chúng em xin được gởi lời cảm ơn đến:
Thầy Th.S Nguyễn Trung Hiếu, giảng viên Bộ Mơn Điện Ơ Tơ - Khoa Cơ Khí Động
Lực - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh người đã tận tình hướng

dẫn, theo dõi và chỉ bảo chúng em suốt thời gian thực hiện đề tài. Đồng thời chúng em cũng
xin chân thành cảm ơn Thầy Th.S Lê Quang Vũ đã tạo điều kiện cho chúng e mượn Phịng
Thí Nghiệm Điều Khiển Tự Động trên Ơ Tơ để làm nơi thực hiện đề tài.
Q Thầy Cơ trong Khoa cơ khí động lực và đặc biệt là các q Thầy trong Bộ Mơn
Điện Ơ Tơ đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tạo điều kiện cho nhóm em trong thời gian thực
hiện đề tài.
Q Thầy Cơ trong Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.Hồ
Chí Minh đã chỉ dạy, truyền đạt kiến thức về các môn đại cương cũng như các mơn chun
ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng để chúng em có thể hoàn thành đề
tài.
Các bạn sinh viên, đã trao đổi đóng góp ý kiến giúp đỡ chúng tơi trong thời gian vừa
qua.
Vì kiến thức bản thân cịn hạn chế, trong q trình thực tập, hồn thiện đề tài này chúng
em khơng tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận được những ý kiến đóng góp từ q
Thầy Cơ để luận văn được hoàn thiện hơn. Sau cùng, chúng em xin kính chúc q Thầy Cơ
trong Khoa Cơ Khí Động Lực-Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí
Minh, chúc Thầy Cô luôn dồi dào sưc khỏe, đạt được nhiều thành công trong công việc và
cuộc sống.
10


Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng 07 năm 2017

Nhóm sinh viên thực hiện
Trần Mạnh Cường - Trương Thái Trang
TÓM TẮT
Trong thời kỳ đất nước hội nhập và phát triển đòi hỏi con người phải hoạt động di

chuyển nhiều hơn đồng nghĩa với nhu cầu sử dụng phương tiện lưu thông đặc biệt là xe máy
cao hơn, nên dãn dễ đến tình trạng ùn tắc giao thơng, ơ nhiễm khói bụi khi tham gia giao
thơng trong nội thành. Yêu cầu đặt ra là cần phải có 1 phương tiện thay thế đảm bảo an tồn
cũng như tình trạng tiếng ồn, ơ nhiễm khi tham gia lưu thông trong nội thành.
Phương tiện di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC với thiết kế nhỏ gọn, tiện lợi có
thể mang theo là phương pháp hợp lý. Nhằm khắc phục được tình trạng kẹt xe khi sử dụng
phương tiện di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC thay thế thay thế xe máy trong việc
lưu thông trong nội thành.
Nhận ra được thực trạng đó, dưới sự phân công và hướng dẫn của Thầy Th.S Nguyễn
Trung Hiếu, chúng em đã chọn đề tài thiết kế phương tiện di chuyển cá nhân sử dụng động
cơ BLDC.
• Vấn đề nghiên cứu:
-

Tìm hiểu phương thức hoạt động của đơng cơ BLDC.

-

Thiết kế chế tạo mơ hình xe di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC.

• Phương pháp giải quyết vấn đề:
-

Sừ dụng các nguồn tài liệu trên Internet để tìm hiểu về động cơ BLDC, cách kết nối
cũng như phương thức truyền giữa các thiết bị module.

-

Tìm vật liệu để thi công khung sườn xe, bas gá động cơ trước, chế hệ thống treo cho
bánh lựa phía sau.

11


• Kết quả đạt được:
-

Nắm được một số kiến thức cơ bản về lập trình.

-

Hồn thành mơ phương tiện di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC.

MỤC LỤC
Trang

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
BLDC

Brushless DC Motor

DAC

Digital Analog Converter

ĐCMC

Động Cơ Một Chiều

GTO

Gate turn-off thyristor

IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor

MOSFET

Metal-Oxide Semiconductor Field-EffectTransistor

PID

Propotional Integral Derivative

RPM

Revolutions Per Minute
DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

12


13

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Thực trạng và tính cấp thiết của đề tài.
Vấn đề ùn tắc giao thông, ô nhiễm môi trường vẫn luôn là mối quan tâm hàng đầu và
cấp bách với tồn thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng. Điền hình là tại nội thành các

trung tâm thành phố lớn. Tính đến ngày 15/11/2016, thành phố đang quản lý hơn 7,8 triệu
phượng tiện chưa kể hơn 1 triệu phương tiện biển số các tỉnh chạy hàng ngày lưu thông trên
địa bàn. Cùng với đó, thành phố có hơn 11.000 xe taxi, 15.000 xe hợp đồng dưới 9 chỗ và
2.764 xe buýt hoạt động hằng ngày . Trong 11 tháng năm 2016 trên địa bàn tp.hcm đã xảy ra
27 vụ ùn tắc giao thông trong giờ cao điểm. Tốc độ lưu thông của phương tiện vào giờ cao
điểm khu vực trung tâm thành phố chỉ đạt 19,3km/h. Để giải quyết vấn đề thì có một số kiến
nghị ban hành về việc cấm xe máy trong nội thành.
Việc ban hành cấm xe máy trong nội thành là một giải pháp tất yếu nhằm giảm tình
trạng ùn tắc giao thơng, tiếng ồn cũng như giảm đáng kể lượng khí thải ra mơi trường góp
phần bảo vệ môi trường tự nhiên, môi trường sống, môi trường để đất nước phát triển bền
vững. Tuy nhiên trong thời kỳ đất nước hội nhập và phát triển đòi hỏi con người phải hoạt
động di chuyển nhiều hơn đồng nghĩa với nhu cầu sử dụng phương tiện lưu thông đặc biệt là
xe máy cao hơn, nên dãn dễ đến tình trạng ùn tắc giao thông. Yêu cầu đặt ra là cần phải có 1
phương tiện thay thế đảm bảo an tồn cũng như tình trạng tiếng ồn, ơ nhiễm khi tham gia
lưu thơng trong nội thành. Do đó việc chung tay bảo vệ môi trường bằng những sản phẩm
công nghệ thiết thực không chỉ đến từ sinh viên tại tp mà cịn cả sinh viên trên tồn Việt
Nam, nhận thấy được mặt tích cực đó và dưới sự phát động và khuyến khích từ thầy hiệu
trưởng nhà trường và khoa cơ khí động lực, đã tạo điều kiện giúp đỡ, tiếp thêm động lực cho
những sinh viên chúng em tự tin hơn để có thể hồn thành sản phẩm nghiên cứu thiết kế
phương tiện di chuyển cá nhân sử dụng động cơ BLDC.


14

1.2. Biệp pháp
Hiện nay có 1 số phương pháp đã được đưa ra nhằm khắc phục tình trạng ùn tắc giao
thơng cũng như giảm thiểu ơ nhiễm mơi trường như:
• Khuyến khích sử dụng xe bt vói nguồn nhiên liệu mới LPG,CNG làm phương
tiện lưu thơng.
• Dự án tàu điện sắp đưa vào hoạt động trong vài năm tới.

• Cấm xe máy trong nội thành.
1.3. Đề xuất
“Phương tiện di chuyển các nhân sử dụng động cơ BLDC” là một trong những công
nghệ đã được nhiều quốc gia trên thế giới phát triển đặc biệt là Nhật bản. Tại Việt Nam hiện
nay,chỉ hiện hành một số phương tiện cá nhân 2, 3 bánh nhưng chưa rộng rãi và chưa được
người tiêu dùng coi là một yếu tố quyết định vì giá thành và muc đích sử dụng.
Nhiều quốc gia trên thế giới đã đưa vào sử dụng rộng rải, và cho thấy được sự tiện nghi
của nó. Nói đến sự tiện nghi, câu hỏi đặt ra là tại sao không là xe đạp xe điện hay bất cứ loại
xe khác mà lại sử dụng “Phương tiện di chuyển các nhân sử dụng động cơ BLDC”. Nếu như
xe đạp xe điện có ưu thế thì “Phương tiện di chuyển các nhân sử dụng động cơ BLDC” cũng
có ưu thế riêng. Đối với những người làm việc và sinh sống trong nội thành thì việc sử dụng
xe đạp xe điện trong việc lưu thơng đi là hồn tồn hợp lí, tuy nhiên đối với những người
làm việc trong nội thành nhưng phải sinh sống ngoài thành phố thi việc sử dụng xe đạp xe
điện thì lại q cơng kềnh để có thể mang bên mình. Do đó đê giải quyết vấn đề hiện tại nhà
nước đang đưa ra các đề xuất cấm xe máy lưu thơng trong nội thành thì việc kết hợp sử
dụng xe buýt làm phương tiện di chuyển chính trong khoản cách xa đồng thời sử dụng
“Phương tiện di chuyển các nhân sử dụng động cơ BLDC” trong khoảng cách gần như cơ
quan, cửa hàng đến trạm xe buýt hoặc ngược lại là rất khả quan.
Với những ưu điểm nổi bật trên của phương tiện di chuyển cá nhân “Phương tiện di
chuyển các nhân sử dụng động cơ BLDC”, cùng với thực trạng của Việt Nam hiện nay nên


15

chúng em thấy biện pháp nghiên cứu thiết kế một phương tiện mới hay thế là một trong
những biện pháp khả thi nhất hiện nay với việc ban hành cấm xe máy vào nội thành trong
thời gian sắp tới.
Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu về động cơ điện BLDC
2.1.1. Giới thiệu chung và so sánh

Động cơ một chiều (ĐCMC) thơng thường 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, những thứ dễ bị mịn và u cầu bảo trì, bảo dưỡng thường
xun.
Để khắc phục nhược điểm này người ta chế tạo loại động cơ không cần bảo dưỡng bằng
cách thay thế chức năng của cổ góp và chổi than bởi cách chuyển mạch sử dụng thiết bị bán
dẫn (chẳng hạn như biến tần sử dụng transitor công suất chuyển mạch theo vị trí rotor).
Những động cơ này được biết đến như là động cơ đồng bộ kích thích bằng nam châm vĩnh
cửu hay cịn gọi là động cơ một chiều khơng chổi than BLDC (Brushless DC Motor). Do
khơng có cổ góp và chổi than nên động cơ này khắc phục được hầu hết các nhược điểm của
động cơ một chiều có vành góp thơng thường.
Mặc dù người ta nói rằng đặc tính tĩnh của động cơ BLDC và ĐCMC thơng thường
hồn tồn giống nhau, thực tế chúng có những khác biệt đáng kể ở một vài khía cạnh. Khi so
sánh hai loại động cơ này về mặt công nghệ hiện tại, ta thường đề cập tới sự khác nhau hơn
là sự giống nhau giữa chúng.


16

Bảng 2.1. So sánh đặc điểm giữa BLDC với động cơ thông thường
Nội dung

Động cơ một chiều thông Động cơ một chiều khơng chổi
thường
than(BLDC)

Cấu trúc cơ khí

Mạch kích từ nằm trên stator

Tính năng đặc biệt

Đáp ứng chậm hơn,dễ bảo
Đáp ứng nhanh và dễ điều dưỡng
khiển
(thường khơng u cầu bảo
dưỡng)

Mạch kích từ nằm trên rotor

Cao áp:ba pha nối Y hoặc 
Nối vịng trịn.

Sơ đồ nối dây

Phương
chiều

pháp

Phương pháp
định vị trí rotor

Phương
chiều

pháp

Đơn giản nhất là nối 

Bình thường:dây cuốn ba pha
nối y có điểm trung tính nối đất
hoặc 4 pha.đơn giản nhất nối 2
pha

Chuyên mạch điện tử sử dụng
đổi Tiếp xúc cơ khí giữa chổi than
thiết bị bán dẫn như
và cổ góp
transitor,IGBT...

Sử dụng cảm biến vị trí:Phần tử
xác Tự động xác định bằng chổi
hall,cảm biến quang học(optical
than
encoder)

đảo

Đảo chiều điện áp nguồn(cấp
Sắp xếp lại thứ tự của các tín
cho phần ứng hoặc mạch kích
hiệu logic
từ)

Khi nói về chức năng của động cơ điện, khơng được quên ý nghĩa của dây quấn và sự
đổi chiều. Đổi chiều là q trình biến đổi dịng điện một chiều ở đầu vào thành dòng xoay
chiều và phân bố một cách chính xác dịng điện này tới mỗi dây quấn ở phần ứng động cơ.

17

Ở động cơ một chiều thông thường, sự đổi chiều được thực hiện bởi cổ góp và chổi than.
Ngược lại, ở động cơ một chiều không chổi than, đổi chiều được thực hiện bằng cách sử
dụng các thiết bị bán dẫn như transitor, MOSFET, GTO, IGBT.
2.1.2. Ưu nhược điểm của BLDC
• Ưu điểm:
-

Sử dụng chuyển mạch điện tử nên hầu như khơng bị ảnh hưởng bởi ma sát
Động cơ có tuổi thọ cao,hoạt động bền bỉ và hầu như không bị hư hỏng
Các cuộn dây phần ứng được đặt trên stator nên thuận lợi cho việc làm mát.
Mật độ công suất lớn hơn động cơ một chiêu truyền thống.
Đặc tính tốc độ,mơ men,qn tính tốt.
Tỷ lệ cơng suất/khối lượng cao.
Tỷ lệ mơ men/qn tính lớn nên tăng/giảm tốc nhanh.
Hiệu suất cao do sử dụng nam châm vĩnh cửu.
Kết cấu nhỏ gọn nên dễ dàng thiết kế,tính tốn,thi cơng cũng như có thể tháo lắp

-

khi cần thiết.
Dải tốc độ rộng.
Dao động mô men nhỏ,ngay cả ở tốc độ thấp nên giúp điều khiển chính xác hơn.

• Nhược điểm:
-

Việc sử dụng nam châm vĩnh cửu khiến giá thành cao do khối lượng đất hiếm
nhiều hơn.Nếu sử dụng nam châm ferrit thì giá thành rẻ hơn nhưng mật độ từ

-

trường thấp.
Phải có bộ điều khiển (driver) riêng với ngõ ra xung vuông.Kết hợp sử dụng cảm
biến nên giá thành đầu tư ban đầu cao hơn.

2.1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của BLDC
2.1.3.1. Cấu tạo
Gồm hai phần rotor và stator. Rotor là phần xoay của động cơ BLDC gồm các nam
châm vĩnh cữu gắn liền với phần vỏ động cơ. Số lượng các cặp cực nam châm thường dao
động từ 2 đến 8 với các cực nam(S) và cực bắc(N) xen kẽ nhau. Dựa vào yêu cầu về mật độ


18

từ trường trong rotor mà chất liệu và số lượng nam châm thích hợp được chọn tương ứng.
Nam châm Ferrite thường được sử dụng. Khi công nghệ phát triển, nam châm làm từ hợp
kim ngày càng phổ biến. Tuy nam châm Ferrite rẻ hơn nhưng mật độ thông lượng trên đơn
vị thể tích lại thấp. Trong khi đó, vật liệu hợp kim có mật độ thơng lượng trên đơn vị thể tích
cao và cho phép thu nhỏ kích thước của rotor nhưng vẫn đạt mơ men tương tự. Dù có cùng
thể tích nhưng momen của rotor có nam châm hợp kim luôn lớn hơn rotor nam châm Ferrite.
Stator là phần đứng yên, được cấu tạo bởi một loạt các cuộn dây được quấn quanh các
lõi sắt từ, cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật ghép cách điện với nhau. Các cuộn dây trong stator
thường được quấn thành hình tam giác hay hình sao.

Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo rotor và stator
Mỗi một cuộn dây được cấu tạo bởi một số lượng các bối dây nối liền với nhau. Các bối
dây này được đặt trong các khe và chúng được nối liền với nhau để tạo nên một cuộn dây.
Mỗi bối dây trong các cuộn dây được phân bố trên chu vi của stator theo trình tự thích hợp

để tạo nên một số chẵn các cực. Cách bố trí và số rãnh của stator của động cơ khác nhau thì
cho ta số cực của động cơ khác nhau.
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


19

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 moment 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 mơmen lại nhấp nhơ do sự thay đổi điện áp của
sức phản điện động là lớn hơn.

Hình 2.2. Đồ thị hình dạng sức phản điện động của BLDC
Động cơ một chiều khơng chổi than thường có các cấu hình 1 pha, 2 pha, 3 pha. Tương
ứng các loại đó thì stator có số cuộn dây là 1, 2 và 3. Phụ thuộc vào khả năng cấp cơng suất
điều khiển, có thể chọn động cơ theo tỷ lệ điện áp. Các động cơ nhỏ hơn hoặc bằng 48V
được dùng trong máy tự động, robot, các cơ cấu chuyển động nhỏ. Các động cơ trên 100V
thường dùng trong thiết bị cơng nghiệp,tự động hóa và các ứng dụng công nghiệp.
2.1.3.2. Nguyên lý hoạt động
Hoạt động của một BLCD dựa trên sự tương tác giữa một nam châm vĩnh cửu và nam
châm điện. Khi cuộn dây A được kích hoạt, cạnh stator ở cuộn A trở thành nam châm điện,
các cực đối diện của rotor và stator sẽ hút nhau. Khi cực trên rotor gần cuộn dây A, cuộn dây
B được kích hoạt và nạp năng lượng. Tiếp tục, khi cực trên rotor gần cuộn dây B, cuộn dây


20

C được kích hoạt và nạp năng lượng. Với việc cung cấp dòng luân phiên lên các cuộn dây
trên rotor. Từ đó rotor quay liên tục, động cơ hoạt động.

Hình 2.3. Q trình cung cấp dịng ln phiên các cực trên stator
2.1.4. Cảm biến vị trí Hall-sensor
Khơng giống như động cơ một chiều có chổi than, chuyển động của đơng cơ một chiều
không chổi than được điều khiển bằng điện tử. Tức là các cuộn dây của stator được cấp điện
nhờ sự chuyển mạch của các van bán dẫn công suất. Cuộn dây của stator được cấp điện theo
thứ tự. Tức là tại một thời điểm thì khơng ngẫu nhiên cấp điện cho một 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 biết vị trí của rotor để biết được cuộn dây stator nào tiếp theo sẽ được cấp điện theo
thứ tự cấp điện.
Vị trí của rotor được đo bằng các cảm biến sử dụng hiệu ứng Hall. Hầu hết các động cơ
một chiều khơng chổi than đều tích hợp ba cảm biến Hall được đặt ẩn bên trong stator ở
phần đuôi trục của động cơ. Mỗi cảm biến tạo ra tính hiệu Low và High bất cứ khi nào có
cực rotor đi qua gần nó. Dựa trên sự kết hợp từ phản hồi của các cảm biến và các chuỗi
chuyển đổi chính xác mà vị trí cuộn dây stator có thể được xác định.


21

2.1.5. Động cơ điện HUB motor
HUB motor là một dạng của động cơ in-wheel ( hay còn gọi là active-wheel), là dạng
động cơ nằm trong bánh xe tạo thành một khối. Phổ biến nhất hiện nay là nó được gắn trên
xe đạp điện, những chiếc scooter hay những chiếc ván trượt điện...
Ưu điểm dễ nhận thấy nhất là về hiệu suất,hay chính xác hơn là mức hiệu suất bị thất
thốt trong q trình truyền cơng suất giảm đi rất nhiều so với các dạng bố trí động cơ truyền
thống.
Đối với một mẫu xe sử dụng HUB motor, các dạng truyền cơng suất truyền thống như
đai, xích, bánh răng, trục các đăng.v.v...đều bị loại bỏ, chỉ còn duy nhất đường truyền công

suất trực tiếp từ mô tơ đến bánh xe mà thơi.
Bên cạnh đó, cơ chế điều khiển độc lập từng bánh xe cũng giúp chiếc xe linh hoạt hơn
khi di chuyển. Toàn bộ cơ chế vận hành sẽ được điều khiển bằng điện tử cho phép mỗi bánh
xe có thể chuyển động ở một tốc độ khác nhau mà không phụ thuộc vào hệ thống lái phức
tạp.
Thiết kế mô tơ nằm trong bánh cũng giúp xe tăng thêm nhiều khoảng trống trong xe,
giảm khối lượng và dễ dàng tháo ráp để sữa chữa, thay thế không mất nhiều thời gian. Tại
các bề mặt liên kết của mơ tơ có sử dụng keo để ngăn không cho nước bị ngấm vào khi di
chuyển qua vùng có nước,tăng độ bền cho mơ tơ. Với thiết kế tuyệt vời mà nó mang trên
mình thì việc lựa chọn động cơ này vào chiếc xe là cực kỳ hợp lý.


22

Hình 2.4. Động cơ trang bị cho xe WALKCAR
Một hạn chế của động cơ này là trên một vòng quay thì cảm biến Hall chỉ đưa về 10 xung,
giá trị này là một yếu tố làm cho qua trình điều khiển có sai số khá lớn (30RPM). Phần lập
trình sẽ khó khăn hơn so với những động cơ có nhiều xung.
• Thơng số động cơ:
-

Đường kính bánh:75mm

-

Điện áp đầu vào : 24-36V

-

Dịng lớn nhất: 12A

-

Cơng suất : 250W

-

Tốc độ cực đại :2200RPM


23

2.2. Sơ đồ thuật toán điều khiển
2.2.1. Nguyên lý điều khiển

Hình 2.5. Sơ đồ truyền động cơng suất trên xe


24

Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý điều khiển
Chiếc xe di chuyển được là nhờ sự điều khiển tốc độ hai bánh xe phía trước, dựa vào sự
điều khiển của người sử dụng thông qua việc sử dụng cần điều khiển Joystick thì motor sẽ
nhận tín hiệu điều khiển và chạy với tốc độ được lập trình.
Khi đi thẳng, tốc độ của 2 mô tơ sẽ bằng nhau. Khi rẽ trái thì tốc độ mơ tơ trái sẽ nhỏ
hơn tốc độ mô tơ phải. Khi rẽ phải, tốc độ mô tơ phải sẽ nhỏ hơn tốc độ mô tơ trái.


25

Ban đầu người điều khiển sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển bằng cách đẩy cần điều khiển
Joystick lên (xuống) để tăng tốc (giảm tốc) hoặc qua lại để điều khiển rẽ phải rẽ trái.
Khi đẩy cần đẩy joystick lên trên hoặc giảm xuống, Arduino trên remote sẽ nhận tính
hiệu analog y có giá trị từ 501-1023 và chuyển nó thành giá trị có đơn vị là RPM, được giới
hạn trong khoảng từ 0-1500 RPM.
Còn khi đẩy Joystick qua trái phải thì Arduino sẽ nhận tính hiệu analog x có giá trị từ 01023. Tại điểm mà Joystick nằm ở vị trí cân bằng thì có giá trị là 510. Thơng qua module
Bluetooth thì các tính hiệu sẽ được truyền tới bo mạch điều khiển chính.
Trên bo mạch chính, Arduino sẽ nhận tín hiệu truyền tới và so sánh với các điều kiện đặt
trước để điều khiên mơ tơ.
• Các điều kiện điều khiển:
-

y>0 & x>400 & x< 700 : xe chạy thẳng.

-

y>0 & x<400 : xe rẽ trái.

-

y>0 & x>700 : xe rẽ phải.

Giá trị sau khi được so sánh thì bộ xử lý PID tính tốn giá trị điều khiển đầu ra.
Giá trị xung từ cảm biến Hall trên mô tơ sẽ đi qua một bộ lọc nhiễu và đi vào Arduino.
Arduino nhận và quy đổi thành giá trị tốc độ RPM.Giá trị này sẽ là giá trị Input trong bộ xử
lý PID.
Sau khi PID tính tốn xong giá trị đầu ra thì Arduino sẽ gửi giá trị này đến bộ xử lý
DAC là IC MCP4921, giá trị này có độ phân giải là từ 0 đến 4095, thơng qua IC MCP4921
thì nó sẽ xuất giá trị điện áp từ 0-5V đưa vào driver để điều khiển mô tơ chạy đúng theo tốc
độ điều khiển.