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Moteur brushless test

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Moteur brushless
Etude d'un ventilateur Superred modèle CHA8012B de Cheng Home Electronic CO.LTD.
monté dans les alimentations PC ATX.
Voir les "datasheets" de ce ventilateur en fin d'article.
Suite à un article (Comment ça marche) d'Elektor d'avril 2007 (N°346) où la pauvreté des
explications n'apporte rien sur la compréhension du fonctionnement d'un tel moteur, et après une
recherche sur le Net, où je m'aperçois que ce n'est pas mieux; De plus, sur les forums, les
réponses aux questions sur ce type de moteur restent imprécises, aussi je me décide à
"autopsier", pour une étude pratique, un ventilateur du modèle précité.
Seul un article de la revue 3EI de juin 2000 évoque d'une technique de "l'enroulement bifilaire",
qui est justement utilisé sur le moteur du ventilateur.
Description du moteur.
De type "DC brushless motor" (moteur à courant continu sans balais), dans notre cas n'ont qu'un
seul sens de rotation, sont monophasé et ont quatre pôles.
- Le rotor :
Le moteur intègre une structure à rotor extérieur en plastoferrite, doté de quatre pôles nord &
sud juxtaposés et répartis sur sa circonférence. Ce rotor supporte les pales de ventilation.
DC brushless motor
Fait à Metz par J.M le 22/04/07
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- Le stator :
Il se présente sous la forme de quatre "ancres" en croix, composées d'un empilage de huit tôles,
et dotées de quatre bobines (E1 à E4) constituées par un enroulement bifilaire et présente une
self-induction de 12.4mH et une résistance de 58.4 ohms par fil.
Chaque bobine possède deux cents spires d'un double fil émaillé de 9/100 de mm
Un des fils est de couleur or et l'autre est de couleur rouge.
Le sens de l'enroulement est inversé pour chaque bobine, c'est à dire que les bobines E1 et E3
sont bobinées en sens horaire et les E2 et E4 sont en sens antihoraire.
Le stator et l'électronique de commande sont soudés sur un circuit imprimé.
DC brushless motor
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- La commande de l'enroulement bifilaire :
Alimenté par un +12V cet enroulement bifilaire est commuté par deux "switchs" en série (Q2 &
Q1). Le premier "switch" Q2 est lui-même commandé par un circuit intégré (IC1) en boîtier
TO92UA possédant un capteur à effet Hall : CS3172X (voir les datasheets en fin d'article).
Oscillogrammes relevés pendant la rotation du ventilateur :
Trace du haut : canal 3 1V/c : sortie d'IC1
Trace du milieu : canal 1 10V/c : collecteur de Q2
Trace du bas : canal 2 10V/c : collecteur de Q1
Cette électronique génère un champ rotatif dans les quatre bobines.
Afin de pouvoir démarrer, on utilise un positionnement par le couple de détente tel que le couple
de démarrage soit non nul.
Pour cela, on est obligé de « forcer » la nature, en effet, naturellement le couple de détente a
tendance à arrêter le rotor dans une position de flux inducteur maximal, donc de couple
synchrone nul, il faut donc changer cet équilibre, en créant une dissymétrie des pôles d’induit.
Le couple de détente est faible et, si les paliers lisses sont grippés, le rotor n’atteint plus sa
position de démarrage, c’est souvent la cause de panne de ces ventilateurs.
DC brushless motor
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DC brushless motor
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SUPERRED ::::::::: Page 2 of 2
Model
CHA8012D
CHA8012C
CHA8012B
CHA8012A
12
12
12
6~13.8
6~13.8
6~13.8
Rated Input W
3.60
2.04
1.44
1.20
Rated Current A
0.30
0.17
0.12
0.09
Operating Temperature oC
-10~70
-10~70
-10~70
-10~70
Storage Temperature oC
-40~70
-40~70
-40~70
-40~70
3600
3000
2500
¡@
Rated voltage DCV
Operating Voltage DCV
Speed RPM
Max, Air Flow M3 /MIN (CFM)
12
6~13.8
2100
1.25 (44.13)
1.05 (37.07)
0.86 (30.36)
Max, Air Pressure mm H2O
4.0
3.20
2.7
1.80
Noise DB
37
32
27
23
Bearing
¡³ ¡´
¡³ ¡´
¡³ ¡´
¡³ ¡´
APPROX.76
APPROX.76
APPROX.76
APPROX.76
Weight (g)
¡@
OPTION¡G12V OR 24V
DC brushless motor
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0.71 (25.07)
¡³ ¡GSleeve bearing ¡´ ¡GBall bearing
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HALL SENSORS
3172X Series High Sensitive Hall effect Switch IC
3172X Series High Sensitive Hall effect Switch IC are composed of a reverse protector,
voltage regulator, Hall voltage generator, differential amplifier, Schmitt trigger and an open-collector
output on a single silicon chip. ICs can convert the changeable magnetic field signal into digital
voltage output.
FEATURES
◆ High Sensitivity
◆ Resistant to Physical Stress
◆ Wide Supply Voltage Range
◆ Interfacing with All Kinds of Logic Circuits
Directly
TYPICAL APPLICATION
◆ High Sensitive Non-contact Switch
◆ DC Brushless Motor
◆ DC Brushless Fan
Magnetic-Electrical
Transfer Characteristics
FUNCTIONAL BLOCK DIAGRAM
1、 Vcc
VOUT
REG
VOH
→
←
3、 VOUT
↑ BH
↓
VOL
2、 GND
BRP 0 BOP
→
←
B
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS
Value
Parameter
Symbol
Supply Voltage
Vcc
Magnetic Flux Density
B
unlimited
unlimited
mT
Output Current
Operating Temperature
Range
Storage Temperature Range
Io
-
25
MA
TA
-40
85
TS
-65
150
Min
4.5V~24V
http://www.zhongxu.com/english/index.asp
DC brushless motor
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Max
6/8
Unit
V
HALL SENSORS
ELECTRICAL CHARACTERISTICS
Parameter
Test Condition
Symbol
Supply Voltage
Vcc=4.5V~24V
Output Low
Voltage
Output Leakage
Current
Output Rise time
Output Fall time
Unit
Min
Typ
Max
VCC
4.5
-
24.0
V
VOL
-
0.2
0.4
V
Vo=Vccmax B≤BRP
IOH
-
1.0
10.0
µA
Vcc=Vccmax
open-collector output
Icc
-
6.0
9.0
mA
tr
-
1.0
2.0
µS
tf
-
1.0
2.0
µS
Vcc=4.5V RL=960Ω B≥BOP
Supply Current
Value
Vcc=12V RL=820Ω CL=20pF
Magnetic Characteristics (Unit: mT)
Parameter
Test condition
Value
Min
Typ
Max
Operate Point
(BOP)
-20℃<TA<+90℃
-
-
7
Release Point
(BRP)
-20℃<TA<+90℃
-7
-
-
Hysteresis
(BH)
-20℃<TA<+90℃
4
-
-
DC brushless motor
Fait à Metz par J.M le 22/04/07
7/8
Unit
mT
HALL SENSORS
8
6
4
Vcc=12V
2
00
40
80
120
Ambient Temperature TA ( )
Output Low Voltage VS
300 Temperature
IOUT=25mA
Vcc=12V
B>30mT
250
200
150
100
0
40
80
120
Ambient Temperature TA ( )
Package Outline Drawing (Unit: mm)
DC brushless motor
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8/8
BOP and BRP VS Temperature
Magnetic Flux Density (mT)
Supply Current VS Temperature
Output Low Volatage VOL( mV)
Supply Current Icc(mA)
Characteristics Curves
10
BOP
5
0
BRP
-5
-100
40
80
120
Ambient Temperature TA ( )
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