Động cơ DC là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều, nó đƣơc ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị trong gia đình cũng nhƣ trong công nghiệp. Động cơ có cấu tạo gồm hai phần: Stator là phần đứng yên và Rotor là phần quay so với stator. Phần cảm (phần kích từ - thƣờng đặt trên stator) tạo ra từ trƣờng đi trong mạch từ, xuyên qua các vòng dây quấn của phần ứng (thƣờng đặt trên rotor). Khi có dòng điện chạy trong mạch phần ứng, các thanh dẫn phần ứng sẽ chịu tác động bởi các lực điện từ theo phƣơng tiếp tuyến với mặt trụ rotor, làm cho rotor quay.
Tùy thuộc cách mắc cuộn dây rotor và stator mà ta có động cơ kích từ song song và động cơ kích từ độc lập.
32 Động cơ kích từ song song: Cuộn dây kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây
phần ứng.
Động cơ kích từ độc lập: Cuộn dây stator và cuộn dây rotor mắc riêng rẽ nhau, có thể cấp nguồn riêng biệt. Và đối với loại động cơ kích từ độc lập, ngƣời ta có thể thay thế cuộn dây kích từ (stator) bởi nam châm vĩnh cữu, khi đó ta có loại động cơ điện một chiều dùng nam châm vĩnh cửu.
Để điều khiển tốc độ của động cơ kích từ độc lập dùng nam châm vĩnh cửu, ta thay đổi điện áp cung cấp cho rotor. Mà việc thay đổi điện áp cấp cho rotor liên tục rất khó khăn, vì vậy ngƣời ta dùng phƣơng pháp điều xung (PWM) nhƣ hình 3.9.
Hiện nay trong tất cả các IC hầu nhƣ đều hổ trợ cho ta tính năng PWM và Board Arduino cũng không ngoại lệ. Arduino hổ trợ ta PWM 8bit tƣơng ứng 255 xung. Phƣơng pháp PWM hoạt động dựa theo nguyên tắc cấp nguồn cho động cơ bằng chuỗi xung đóng mở với tốc độ nhanh. Nguồn DC đƣợc chuyển đổi thành tín hiệu xung vuông (chỉ gồm hai mức 0 volt và xấp xỉ điện áp hoạt động) và tín hiệu xung vuông này đƣợc cấp cho động cơ. Nếu tần số chuyển mạch đủ lớn động cơ sẽ chạy với một tốc độ đều đặn phụ thuộc vào momen của trục quay.
Với cách điều chỉnh này, ta điều chỉnh tốc độ của động cơ thông qua việc điều chế độ rộng của xung, tức là thời gian mức cao của chuỗi xung vuông cấp cho động cơ. Việc điều chỉnh này sẽ tác động đến công suất trung bình cung cấp cho động cơ từ đó sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ cần điều khiển. Khi độ rộng của xung nhỏ thì động cơ chạy chậm và khi độ rộng xung càng lớn thì động cơ DC chạy càng nhanh.
33
Thông số kỹ thuật động cơ:
- Điện áp hoạt động: 12V. - Dòng tải tối đa: 1400 mA. - Tốc độ motor: 8100 RPM.
- Tốc độ sau hộp giảm tốc: 120 RPM. - Tỉ số giảm tốc: 64:1.
- Dòng không tải: 74 mA. - Moment xoắn: 1.72 Nm. - Đƣờng kính: 30mm. - Chiều dài động cơ: 85mm. - Đƣờng kính trục: 6mm. - Chiều dài trục: 35mm. - Công suất: 17W.
Hình 3.10: Động cơ Faulhaber 12V.
Động cơ này đã tích hợp sẵn encoder trên động cơ giúp đơn giản hóa trong vấn đề lắp đặt và mạch trở nên nhỏ gọn hơn và quan trọng công suất của động cơ phù hợp cho yêu cầu kéo tải nên nhóm quyết định chọn động cơ Faulhaber 12V trong đồ án của nhóm.
34