ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

TP. Hồ Chí Minh, ngày ...... tháng ...... năm 2017

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Vạn An.

MSSV: 13145001

Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Anh.

MSSV: 13145008

Chuyên ngành: Sư Phạm kỹ thuật ô tô

Mã ngành đào tạo:..............................

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

Mã hệ đào tạo:....................................

Khóa: 2013 – 2017

Lớp: 139450 B

Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế bộ vi sai điện tử trên xe điện
Nhiệm vụ đề tài:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
..............................................................................................
Sản phẩm của đề tài:
...............................................................................................................................................
...............................................................................................................................................
....................................................................
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài: ....................................................
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ..................................................
TRƯỞNG BỘ MÔN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN

1


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 môn ……………………………..
PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Hoàng Anh

MSSV: 13145008

Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên:

Nguyễn Vạn An

MSSV: 13145001

Hội đồng:…………

Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế bộ vi sai điện tử trên xe điện
Ngành đào tạo: Sư phạm kĩ thuật ôtô
Họ và tên GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Hiếu
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(khơng 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


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

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

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

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

3. Đánh giá:

TT

Mục đánh giá

1

Hình thức và kết cấu ĐATN
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các
mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài
Nội dung ĐATN
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ
thuật, khoa học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
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.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên
ngành…
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài

2

3


Điểm Điểm đạt
tối đa
được
30
10
10
10
50
5
10
15

15
5
10
3


4

Sản phẩm cụ thể của ĐATN
Tổng điểm

10
100

4. Kết 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

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

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: Nguyễn Hoàng Anh

MSSV: 13145008 Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Vạn An

MSSV: 13145001 Hội đồng…………

Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế bộ vi sai điện tử trên xe điện
Ngành đào tạo: Sư phạm kĩ thuật ôtô
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


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

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

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

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

6. Đánh giá:
TT
1.

2.

Mục đánh giá
Hình thức và kết cấu ĐATN
Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các
mục
Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài
Nội dung ĐATN
Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ
thuật, khoa học xã hội…
Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá
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.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên

Điểm

tối đa
30
10

Điểm đạt
được

10
10
50
5
10
15

15
5
5


3.
4.

ngành…
Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
Tổng điểm

10
10
100


7. Kết 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)

6


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HỒN THÀNH ĐỒ ÁN
Tên đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế bộ vi sai điện tử trên xe điện”
Họ và tên sinh viên:.......................................................................

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

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

Ngành: Sư Phạm 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
7


8


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
chúng em đã học được rất nhiều kiến thức bổ ích về chuyên môn lẫn kiến thức cuộc sống
từ các thầy cô, chúng em được các q thầy cơ tân tình chỉ dạy và giúp đỡ trong quá trình
học tập. Từ những kiến thức mà các quý thầy cô chỉ dạy giúp chúng em có nền tảng vơ
cùng vững chắc để hồn thành Đồ Án Tốt Nghiệp một cách tốt đẹp.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô trong bộ mơn Điện Tử Ơtơ cũng như
các thầy cơ trong khoa Cơ Khí Động Lực và những người đã dìu dắt chúng em, đã truyền
dạy cho chúng em những kiến thức về chuyên môn vô cùng quý báu, giúp chúng em tiếp
cận gần hơn và hiểu biết rõ hơn về ngành nghề mà mình đã chọn để chúng em có một nền
tảng kiến thức và hiểu biết vững chắc để bước vào đời.
Nhóm chúng em đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thạc sĩ Giảng viên NGUYỄN
TRUNG HIẾU Giáo viên hướng dẫn đề tài, người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo,
tạo điều khiện, động viên và giúp đỡ chúng em rất nhiều về mặt tinh thần cũng như kiến
thức để chúng em vượt qua những ngày tháng khó khăn trong sự tìm tịi hiểu biết về lĩnh
vực mới, kiến thức mới để rồi cuối cùng hoàn thành được đồ án tốt nghiệp ngày hôm nay.
Bên cạnh đó chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã hết lịng ủng hộ,
giúp đỡ và góp ý cho nhóm em trong suốt q trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.

Mặc dù đã rất cố gắng và nỗ lực nhiều, nhưng do kiến thức ít ỏi của chúng em cũng
như thời gian nghiên cứu là có hạn nên những thành quả đạt được khơng tránh khỏi
những thiếu sót. Do đó chúng em kính mong nhận được những sự đóng góp, chỉ dạy của
q thầy cơ để chúng em hồn thiện đồ án được tốt hơn.
Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 07 năm 2017
Nhóm sinh viên thực hiện
NGUYỄN VẠN AN
NGUYỄN HOÀNG ANH

9


TÓM TẮT
Ngày nay nhu cầu sử dụng các nguồn năng lượng sạch đang tăng lên mạnh mẽ nguyên
do là vì các nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt và việc sử dụng nhiên liệu này
gây ra những ô nhiễm về mơi trường, hiệu ứng nhà kính, thiên tai, lũ lụt... Chính vì thế xe
điện ra đời để giải quyết vấn đề này. Những chiếc xe điện đầu tiên cịn thơ sơ sử dụng
hộp số và vi sai cơ khí nặng nề, chúng dần được cải tiến các hệ thống về cơ khí cũng như
điện tử để ngày càng hoàn thiện và đáp ứng được nhu cầu thực tế. Một phát minh khơng
thể khơng nhắc đến trong q trình cải tiến này là vi sai điện tử với nhiều ưu điểm: loại
bỏ được những chi tiết cồng kềnh, giá thành giảm, tăng cơng suất động cơ...
Vì những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu và thiết kế bộ vi sai điện tử trên
xe điện” .


Vấn đề nghiên cứu:

 Tìm hiểu về MATLAB/SIMULINK và board STM32F4

 Thiết kế chế tạo xe điện sử dụng động cơ BLDC với chức năng vi sai điện tử


Phương pháp giải quyết vấn đề:

 Sử dụng các nguồn tài liệu trên Internet để tìm hiểu về MATLAB/SIMULINK và
cách giao tiếp với board STM32F4.
 Ứng dụng board STM32F4 kết hợp với giải thuật PID để điều khiển hai bánh xe thực
hiện chức năng ci sai điện tử.


Kết quả đạt được:

 Nắm được một số hàm cơ bản trong MATLAB/SIMULINK để có thể giao tiếp và
lập trình trên board STM32F4
 Hồn thành phần cơ khí của xe với các bộ phận như: khung sườn, bánh xe, cơ cấu
lái, phanh, bàn đạp ga, ghế ngồi, sàn xe. Vi sai điện tử của xe hoạt động như một
chiếc vi sai cơ khí thơng thường.

10


MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
TP.HCM: Thành Phố Hồ Chí Minh.
BLDC: Brushless DC Motor (động cơ một chiều không chổi than).
ĐCĐMC: Động cơ điện một chiều.
IM: Induction Mortor (động cơ không đồng bộ).
SynRM: Synchronous Reluctance Motor – SynRM (động cơ từ trở đồng bộ).

SRM: Switched Reluctance Motor (động cơ từ trở thay đổi).
IPM: Interior Permanent Magnet Motor (động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu).
EDS: Electronic Diferenttial System

11


DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC BẢNG

12


Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu tổng quan
1.1.1. Lịch sử phát triển của vi sai điện tử.
Một số nghiên cứu mơ hình vi sai điện tử.
 Với việc sử dụng động cơ In-whell để sử dụng trong xe điện để thiết kế bộ vị sai
điện tử. Nên số lượng mô hình nghiên cứu về vi sai điện tử ở trong nước rất ít. Các
nghiên cứu vi sai điện tử trong nước chỉ nghiên cứu bộ điều khiển vi sai cơ khí
dành cho xe điện.
-

Các mơ hình nghiên cứu vi sai điện tử tiêu biểu trên thế giới
 Xe đô thi AUTO 21 EV
•

Xe đơ thị AUTO 21EV là loại xe đô thị chạy bằng bốn bánh chủ động, được
nghiên cứu và phát triển bới trường đại học Waterloo.


Hình 1.1. Xe AUTO 21EV
•

Xe AUTO 21EV sử dụng bộ điều khiển mờ để điều khiển. Tận dụng được bốn
bánh là bốn bánh chủ động, động cơ nằm trong bánh. Hệ thống điều khiển sử dụng
hệ thống phanh thủy lực để kiểm soát trượt lốp, với việc nhận tín hiệu góc lái để
điều khiển lực kéo khi quay vòng trên các bánh xe. Hiệu suất của bộ điều khiển đã
được kiểm chứng qua các lần thử nghiệm bằng cách sử dụng mơ hình điều khiển
trong môi trường mô phỏng. Và bộ điều khiển cho chiếc xe AUTO 21EV đã được
thực hiện trên mô hình thực tế. Với việc thử nghiệm nhiều lần và điều chỉnh bộ
điều khiển đã hoàn chỉnh vào năm 2015.

13


 Năm 2010 nhóm nghiên cứu Xunqi zhou, Shengjin Li, Yong Zhou, Zongde Fang,
đã nghiên cứu chế tạo vi sai điện tử sử dụng động cơ in-wheel. Nghiên cứu nhiều
điều kiện làm viêc của động cơ như tốc độ không đổi, tăng tốc và giảm tốc khi
xoay vòng. Kêt quả nghiên cứu chứng mình rằng hệ thống tăng hiệu suất cho xe.

Hình 1. 2. Chiếc xe nghiên cứu bởi Xunqi zhou

Hình 1. 3. Động cơ In-wheell

14


1.2.1. Giới thiệu về MATLAB/SIMULINK
MATLAB/SIMULINK là một chương trình viết cho máy tính PC hoạt động trong mơi

trường MS-DOS và mơi trường WINDOWS nhằm hỗ trợ cho lập trình, các tính tốn
khoa học và kỹ thuật được thiết kế với công ty “The MATHWORKS”.
Thuật ngữ MATLAB được viết tắt của hai từ MATRIX và LABORATORY. MATLAB
được điều khiển với các tập lệnh, tác động qua bàn phím. Nó cho phép tính tốn số
với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thơng tin, thực hiện thuật tốn, tạo các giao
diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngơn ngữ
lập trình khác. Matlab giúp đơn giản hóa việc giải quyết các bài tốn tính tốn kĩ thuật so
với các ngơn ngữ lập trình truyền thống như C, C++, và Fortran. Các câu lệnh trong
MATLAB rất mạnh và có những vấn đề chỉ cần một câu lệnh là đủ giải quyết bài tốn.
Mơ phỏng trong MATLAB sẽ cho ta hình ảnh tọa độ không gian hai chiều (2D) và ba
chiều (3D).
SIMULINK là một phần mềm mở rộng của MATLAB (1 Toolbox của Matlab) dùng để
mơ hình hóa, mơ phỏng và phân tích một hệ thống động. Nó cho phép mơ tả hệ thống
tuyến tính, hệ phi tuyến, các mơ hình trong miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hoặc
một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn. SIMULINK cung cấp cho người dung một giao
diện đồ họa dễ sử dụng. Việc xây dựng mơ hình chỉ cần sử dụng thao tác “nhấn và kéo”
chuột. Với giao diện đồ họa ta có thể xây dựng mơ hình và khảo sát mơ hình một cách
trực quan hơn.
MATLAB/SIMULINK được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm xử lý tín hiệu và
ảnh, truyền thơng, thiết kế điều khiển tự động, đo lường kiểm tra, phân tích mơ hình tài
chính, hay tính tốn sinh học. Với hàng triệu kĩ sư và nhà khoa học làm việc trong môi
trường công nghiệp cũng như ở môi trường hàn lâm, MATLAB/SIMULINK là ngơn ngữ
của tính tốn khoa học.

15


1.2.2. Giới thiệu bo mạch STM32F407
Bo mạch STM32F407 Discovery là một loại kit thuộc họ vi điều khiển ARM. Dòng
ARM Cortex KIT STM32FE Discovery là một bộ xử lí thế hệ mới đưa ra một kiến trúc

chuẩn cho nhu cầu đa dạng về cơng nghê. Nó được úng dụng vào rất nhiều thị trường
khác nhau bao gồm các ứng dụng doanh nghiệp, mạng gia đình, cộng nghệ mạng khơng
dây và các hệ thống ơ tơ.
Bo mạch STM32F407 Discovery có vi điều khiển chính là STM43F04VGT6
microcontroller tích hợp với chip 32-bit ARM Cortex-M4F, 1MB bộ nhớ Flash,192Kb
RAM. Bo mạch tích hợp sẵn mạch nap ST-LINK/V2 và các cảm biến khác như cảm biến
gia tốc LIS302DL, bộ xử lý âm thanh MP45DT02, đèn led thơng báo trạng thái nguồn,
nút nhấn, nút Reset.

Hình 1.4. Bo mạch STM32F407

16


1.2.3. Giới thiệu về động cơ BLDC
1.2.3.1. Giới thiệu chung và so sánh.
-

Động cơ điện một chiều (ĐCMC) cho đến ngày nay vẫn chiếm một vị trí quan
trọng trong hệ điều chỉnh tự động truyền động điện. Động cơ điện một chiều
thơng thường có hiệu suất cao và các đặc tính của chúng thích hợp trong hệ
thống địi hỏi có độ chính xác cao vùng điều khiển rộng và quy luật điều chỉnh
phức tạp. Tuy nhiên, hạn chế duy nhất là trong cấu tạo của động cơ cần có cổ
góp và chổi than, những thứ này dễ bị mòn và yêu cầu bảo trì, bảo dưỡng thường
xuyên.

-

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 cơng
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 không 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 dễ bị
mịn, bảo dưỡng, bảo trì thường xun của động cơ một chiều 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.

Bảng 1.1. Bảng so sánh giữa động cơ BLDC và động cơ thường

Nội dung

Cấu trúc cơ khí

Động cơ một chiều
thơng thường

Động cơ một chiều khơng
chổi than( BLDC)

Mạch kích từ nằm trên stator

Mạch kích từ nằm trên rotor


17


Tính năng đặc
biệt

Sơ đồ nối dây

-

Đáp ứng nhanh và dễ điều khiển

Nối vòng tròn.
Đơn giản nhất là nối Δ

Đáp ứng chậm hơn. Dễ bảo
dưỡng (thường không yêu cầu
bảo dưỡng)
Cao áp: Ba pha nối Y hoặc
Δ. Bình thường: Dây cuốn 3
pha nối Y có điểm trung tính
nối đất hoặc 4 pha. Đơn giản
nhất: nối 2 pha

Phương pháp
xác định vị trí
roto

Tự động xác định bằng chổi
than


Sử dụng cảm biến vị trí: phần
tử Hall, cảm biến quang học
(optical encoder)

Phương pháp
đảo chiều

Đảo chiều điện áp nguồn (cấp
cho phần ứng hoặc mạch kích
từ)

Sắp xếp lại thứ tự của các tín
hiệu logic

Khi nói về chức năng của động cơ điện, không được quên ý nghĩa của dây quấn
và sự đổi chiều. Đổi chiều là quá trình biến đổi dòng 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.

-

Ở động cơ một chiều thông thường, sự đổi chiều được thực hiện bởi cổ góp và
chổi than, thay đổi vị trí để đảo chiều dịng điện cấp vào. Ngược lại, ở động cơ
một chiều không chổi than, động cơ BLDC, đổi chiều được thực hiện bằng cách
sử dụng các thiết bị bán dẫn như transitor, MOSFET, GTO, IGBT.
1.2.3.2. Ưu nhược điểm của BLDC

- Ưu điểm



Sử dụng chuyển mạch điện tử nên gần như không bị ảnh hưởng bởi ma sát.



Động cơ có tuổi thọ cao, hoạt động bền bỉ, 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 chiều truyền thống.
18




Đặc tính tốc độ/moment tuyến tính tốt.

19


 Tỷ lệ công suất/khối lượng cao.
 Tỷ lệ moment/quán 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 moment nhỏ, ngay cả ở tôc độ thấp nên giúp điều khiển chính
xác hơn.
- Nhược điểm
 Do động cơ BLDC được kích từ bằng nam châm vĩnh cửu nên giá thành đắt
đỏ. Nhưng với nam châm vĩnh cửu giá thành khá cao nhưng về lâu dài với sự
phát triển cơng nghệ hiên nay thì vấn đề này sẽ giải quyết và giá thành nam
châm vĩnh cửu sẽ giảm dần.
 Động cơ BLDC phải được điều khiển bằng một bộ điều khiển riêng với điện
ngõ ra dạng xung vuông và cảm biến Hall được đặt bên trong động cơ để xác
định vị trí rotor.
1.2.3.3. Cấu tạo BLDC
- BLDC gồm 02 phần chính cơ bản, là rotor và stator.
 Rotor là phần xoay, chính là phần lõi đặt ở phía trong và được nối trực tiếp
đến trục dẫn động. Rotor được cấu tạo bởi một dãy các nam châm vĩnh cửu.
 Stator là phần đứng yên, được gắn chặt với phần vỏ động cơ. Stator được
cấu tạo bởi một loạt các cuộc dây được quân quanh các lõi sắt từ, cấu tạo từ
các lá thép kĩ thuật ghép cách điện với nhau. Các cuộn dây trong stator
thường được quấn thành hình tam giác hay hình sao.
-

Cấu tạo của động cơ một chiều không chổi than rất giống một loại động cơ xoay
chiều đó là động cơ xoay chiều đồng bộ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu.
20


-

Dây quấn stator tương tự như dây quấn stator của động cơ xoay chiều nhiều pha
và rotor bao gồm một hay nhiều nam châm vĩnh cửu. Điểm khác biệt cơ bản của
động cơ một chiều không chổi than so với động cơ xoay chiều đồng bộ là nó kết

hợp một vài phương tiện để xác định vị trí của rotor (hay vị trí của cực từ) nhằm
tạo ra các tín hiệu điều khiển bộ chuyển mạch điện tử. Việc xác định vị trí rotor
được thực hiện thơng qua 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 một chiều không chổi than hai pha cũng được sử dụng khá phổ
biến vì cấu tạo và mạch truyền động đơn giản.

1.2.3.4. Phần đứng yên Stator
-

Khác với động cơ một chiều thông thường, stator của BLDC chứa dây quấn phần
ứng. Dây quấn phần ứng có thể là hai pha, ba pha hay nhiều pha nhưng thường là
dây quấn ba pha.

-

Dây quấn ba pha có hai sơ đồ nối dây, đó là nối theo hình sao Y hoặc hình tam
giác Δ.

-

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. Tuy nhiên, các bối dây đƣợc phân bố theo cách khác.

-

Hầu hết tất cả các động cơ một chiều không chổi than có 3 cuộn dây đấu với

nhau theo hình sao hoặc hình tam giác. 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 nhau để tạo nên một cuộn dây. Mỗi một 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
chúng 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
21


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

Hình 1.5. Hai dạng sức phản điện động của BLDC
-

Động cơ một chiều khơng chổi than 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.

-


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 được dùng trong các thiết bị công nghiệp, tự động hóa và
các ứng dụng cơng nghiệp.

1.2.3.5. Phần quay Rotor
-

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

-

Dựa vào yêu cầu về mật độ từ trường trong rotor, chất liệu nam châm thích hợp
được chọn tương ứng. Nam châm Ferrite thường được sử dụng.
22


-

Khi công nghệ phát triển, nam châm làm từ hợp kim ngày càng phổ biến. Nam
châm Ferrite 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 momen tương tự. Do đó, với
cùng thể tích, momen của rotor có nam châm hợp kim ln lớn hơn rotor nam
châm Ferrite.


23


-

Hình 1.6. Hai dạng sức phản điện động của BLDC
-

1.2.3.6. Cảm biến vị trí Hall Sensor
Khơng giống như động cơ một chiều dùng chổi than, chuyển của động cơ một
chiều không chổi than được điều khiển bằng điện tử. 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. Tức là tại
một thời điểm thì không 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 biết vị trí của roto để tiến tới biết được cuộn dây stator tiếp theo nào
sẽ được cấp điện theo thứ tự cấp điện.

-

Vị trí của rotor được đo bằng các cảm biến sử dụng hiệu ứng Hall được đặt ẩn
trong stator. Hầu hết tất cả các động cơ một chiều khơng chổi than đều có cảm
biến Hall đặt ẩn bên trong stato 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 cao hoặc thấp 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.
24


-

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 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.

-

25