馬達的功率_電路篇

搞定整體的原理和概念之後

再來解決最無聊的問題，就是這個控制電路是如何設計的

一般電腦風扇的電路因為只要旋轉就好

所以通常都很簡單

電路圖如下所示

我們為了方便演示，把線圈換成LED

R1電阻是霍爾的限流

R2、R3主要是要分壓給控制LED1的電晶體

R4是LED2電晶體的限流

在沒有外磁影響霍爾的情況下

霍爾一樣會有一個電壓輸出

調整R2、R3、R4的比例，就可以平均兩組線圈(LED)的輸出功率

因此這也是為甚麼我們當初把風扇拿掉的時候有一個很大電流輸出的原因

因為這個時候兩組線圈都是導通的

當S接近霍爾的時候，霍爾輸出高電位

LED1的電晶體導通，電流不會經過R4

當N接近霍爾的時候，霍爾輸出低電位

LED1的電晶體不導通

電流經過R4導通LED2的電晶體

如此就可以藉由NS極的接近分別導通兩組線圈了

影片如下

那有沒有辦法可以讓拿掉風扇時(沒有外磁)不要輸出這麼大的功率？

有了電路原理，要改當然就沒問題了

最根本的方法就是降低待機電壓(用運轉電流來設計)

或用較簡單的方法，增加coil1(LED1)的驅動電壓

我們在LED1正極前方再增加一條二極體增加0.7V的電壓

可以看出沒有外磁時，LED亮度減弱了

但必須犧牲的就是風扇上去之後

線圈的磁場也會比較小，轉速會稍稍下降

影片如下

不過正常不會有人拿下風扇

工程師就不會考量這種無聊的待機設計了

馬達的功率_解決篇

了解了無刷馬達的工作原理之後

這個功率的問題應該就比較容易理解了

當我們把風扇拿起來

基本上霍爾在沒有外磁影響的情況下線圈還是會過電

綠色線圈產生N極，紫色線圈產生S極

為甚麼？這是霍爾特性和電路設計的問題

以後再說

因此我們直接對無刷馬達通電(沒有風扇)

會有一個0.19A的電流

但如果這時候加入風扇

風扇(外加磁場)的移動會讓線圈產生一個反向的電動勢(黃色部分)

如下示意圖

綠色是原先通入線圈的0.19A電流

黃色是因為外加磁場對線圈產生的反向電動勢

因此反而削弱了原本通入線圈的電流，實際測量約0.11A

但這時候如果按住風扇(如同增加了轉子的負載)

轉子轉速下降，外加磁場對線圈的磁通量變化率也減少

產生的反向感應電動勢當然也跟著變小

所以又會恢復好像沒有放入風扇(外加磁場)的情況

電流就會跟著增加了

所以相同的概念也適用有刷馬達

只不過正常情況下我們不會將轉子(線圈)取出

因此在無負載(空轉)的情況下轉速較高

場磁鐵對線圈產生較高的反向感應電動勢

輸入的電流就會比加上風扇(有負載，轉速下降)來得小

若這樣的理論正確

我們將轉子取出直接通電

果然電流又更大了

如此，這個功率的問題就解決了

其實就是比較的基準點不同產生的誤會而已

馬達的功率_無刷永磁風扇的原理

要解決這個馬達功率的問題

首先要先了解無刷永磁馬達的工作原理才行

一般課本提到的都是有刷馬達

構造和原理大家都很清楚了，就不再多說

但如果是電腦風扇就是無刷馬達了

基本上無刷馬達的轉子是永磁

我們直接偵測磁極分布的情況

結果如下圖所示

定子的部分是線圈

基本上有兩組，採相對分布

利用霍爾來控制要哪一組通電

如下的元件就是霍爾(有標IC1的那個小零件)

電路連接方式以後再說

我們先利用一個小磁鐵來欺騙霍爾，偵測線圈產生的磁極分布模式

結果如下

當N靠近霍爾(紅色圈的部分)，紫色線圈產生N極，綠色線圈不通電

所以當風扇(內有磁鐵轉子)的N極接近霍爾

紫色線圈為N極，剛好轉子的N極就在紫色線圈旁

定子線圈就會推動風扇轉動

當轉動到S極接近霍爾時

綠色線圈為N極(藍色圈的部分)，此時轉子的N極就在綠色線圈旁

定子線圈就會再度推動風扇轉動

如此循環，就會不斷加速風扇旋轉了

馬達的功率_問題篇

就一般的觀念而言

馬達若加上風扇(這算是負載嗎？)，消耗的功率應該更大

但實際上若馬達的種類不同

結果可能不一樣

先就直流馬達來說

常見的有兩種，有刷永磁馬達和無刷永磁馬達(直流無刷感應式馬達較少見)

這兩種的結果完全不同，可以怎麼解釋呢？

有刷馬達

無刷馬達

但如果我壓住無刷馬達的風扇

電流就會如預期的增加

越用力，電流就越大

紅外線穿越人體

可見光無法穿過人體

所以我們才會有影子

那紅外光呢？

我們利用光電二極體來接收紅外光

再將訊號放大給LED

就可以觀察是否發射出紅外光

最簡單的方法就是用遙控器

因為遙控器發出的紅外光是脈衝訊號

可以確認是否就是我們所要的光源

而非其他紅外的干擾

實驗結果如影片

坦白說...結果滿驚訝的!!

電磁感應_線圈內的磁鐵

這是以前很常考的一題

當磁鐵垂直進入線圈

檢流計會如何偏轉？

進去和出來沒問題

但在線圈內部呢？

標準答案也沒問題，就是不偏轉

但這個現象如果能用實驗來呈現就會更有fu

我們繞了一根約40公分的線圈

再拿另一支水管黏上磁鐵

方便磁鐵在線圈內部移動

線圈兩端會因為磁鐵的進或出感應出高電位或低電位

因此我們將線圈兩端分別輸入NPN的B極

就可以來觀察線圈的電流方向

電路圖如下

我們設計當磁鐵進入，線圈上方感應出高電位，LED1亮

當磁鐵出來，線圈下方感應出高電位，LED2亮

這樣就可以直觀看出現圈是否產生感應電動勢

但如果磁鐵只在內部快速移動呢？

直接看影片就可以得到答案了~~

直觀的實驗總是最迷人的

再修按摩器

這個按摩器之前就修過

原本是充電線短路

結果過了一陣子又說不能充電了

先查電源是沒問題的

電也有到充電座

但卻沒有到電路板上

接觸點已經確認過沒問題

但從觸點到充電板是斷路的

一度懷疑是充電線斷了

只好整個拆掉才能看到連接線

結果竟然是觸點和連接線接觸不良

原本的設計只是放著而已

直接焊接上去就一勞永逸了

裝機前再確認一次

搞定，可以再還給主人了~~