Ταξινόμηση κινητήρων γενικής χρήσης

Μοτέρ χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη

Οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες δημιουργήθηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 1960 και αναπτύχθηκαν γρήγορα παράλληλα με την τεχνολογία υλικών μόνιμου μαγνήτη, την τεχνολογία μικροηλεκτρονικών και ηλεκτρονικών ισχύος και την τεχνολογία κινητήρων. Ένας κινητήρας χωρίς ψήκτρες είναι ένα τυπικό ηλεκτρομηχανικό ολοκληρωμένο προϊόν, που αποτελείται κυρίως από το σώμα του κινητήρα, τον αισθητήρα θέσης και το ηλεκτρονικό κύκλωμα μεταγωγής. Ένας κινητήρας χωρίς ψήκτρες με ρότορα κατασκευασμένο από υλικό μόνιμου μαγνήτη ονομάζεται επίσης κινητήρας χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη και η συντριπτική πλειοψηφία των κινητήρων χωρίς ψήκτρες χρησιμοποιεί ρότορες μόνιμου μαγνήτη.

Οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες (BLDCM) που κινούνται με τετραγωνικό κύμα (με έγχυση ρεύματος τετραγώνου κύματος στις περιελίξεις του στάτη του σώματος του κινητήρα) και κινητήρες σύγχρονου μαγνήτη (PMSM) που κινούνται με ημιτονοειδές κύμα. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς βουρτσισμένους κινητήρες DC, οι BLDCM αντικαθιστούν τη μηχανική εναλλαγή των παραδοσιακών κινητήρων συνεχούς ρεύματος με ηλεκτρονική εναλλαγή και αντιστρέφουν τον στάτορα και τον ρότορα (ο ρότορας χρησιμοποιεί μόνιμους μαγνήτες), εξαλείφοντας έτσι την ανάγκη για μηχανικό μεταγωγέα και βούρτσες. Τα PMSM, από την άλλη πλευρά, αντικαθιστούν τις περιελίξεις διέγερσης στον ρότορα ενός τυλιγμένου-σύγχρονου κινητήρα του ρότορα με μόνιμους μαγνήτες, διατηρώντας τον στάτορα αμετάβλητο, εξαλείφοντας έτσι την ανάγκη για πηνία διέγερσης, δακτυλίους ολίσθησης και βούρτσες. Επειδή το ρεύμα στάτορα ενός BLDCM οδηγείται από ένα τετράγωνο κύμα, είναι πολύ πιο εύκολο για τον μετατροπέα να αποκτήσει ένα τετραγωνικό κύμα υπό τις ίδιες συνθήκες σε σύγκριση με την ημιτονοειδή κίνηση ενός PMSM. Επιπλέον, ο έλεγχός του είναι απλούστερος από αυτόν ενός PMSM (αν και η απόδοσή του σε χαμηλές ταχύτητες είναι χειρότερη από αυτή ενός PMSM-κυρίως λόγω της επίδρασης της παλλόμενης ροπής). Ως εκ τούτου, τα BLDCM έχουν κερδίσει ευρύτερη προσοχή.

Οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη έχουν συγκεντρώσει αυξανόμενη προσοχή λόγω της ανώτερης απόδοσής τους και των αναντικατάστατων τεχνολογικών πλεονεκτημάτων τους. Ειδικά από τα τέλη της δεκαετίας του 1970, οι ραγδαίες εξελίξεις στις τεχνολογίες υποστήριξης όπως τα υδρομαγνητικά υλικά σπάνιων γαιών, τα ηλεκτρονικά ισχύος και ο έλεγχος ηλεκτρονικών υπολογιστών, μαζί με συνεχείς βελτιώσεις στις διαδικασίες κατασκευής μικρο{2}}κινητήρων, οδήγησαν σε συνεχείς βελτιώσεις στην τεχνολογία και την απόδοση των κινητήρων χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη. Αρχικά χρησιμοποιήθηκαν σε μικρούς και μεσαίους{4}}σερβοκινητήρες στην αεροδιαστημική, τη ρομποτική και τις οικιακές συσκευές, τώρα εφαρμόζονται ευρέως σε ηλεκτρικά οχήματα, ηλεκτρικές πολλαπλές μονάδες και ηλεκτρικά πλοία. Στο μέλλον, με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας κινητήρων συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη και των σχετικών τεχνολογιών υποστήριξης, καθώς και με τη συνεχή πρόοδο της ανθρώπινης κοινωνίας, οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη θα βρουν ακόμη ευρύτερες εφαρμογές.

Γραμμικοί κινητήρες

Σημαντική πρόοδος έχει σημειωθεί στη θεωρία σχεδίασης κινητήρα, προωθώντας την εφαρμογή γραμμικών κινητήρων και επαναφέροντάς τους στο προσκήνιο.

Τα τελευταία χρόνια, οι γραμμικοί κινητήρες έχουν εφαρμοστεί πρακτικά σε βιομηχανικά μηχανήματα, σιδηροδρομικές μεταφορές, ανελκυστήρες, εκτοξευτές αεροσκαφών αεροπλανοφόρου, ηλεκτρομαγνητικά πυροβόλα όπλα, εκτοξευτές πυραύλων και ηλεκτρομαγνητικά υποβρύχια πρόωσης. Ο αποκαλούμενος-«διαστημικός ανελκυστήρας» που ερευνάται από τις Ηνωμένες Πολιτείες και άλλες χώρες περιλαμβάνει τη χρήση γραμμικών κινητήρων για την εκτόξευση διαστημικών λεωφορείων ή διαστημικών σκαφών στο διάστημα.

Στις μονάδες δίσκου υπολογιστή, υπάρχει ένας τύπος κινητήρα που οδηγεί την κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής που ονομάζεται κινητήρας πηνίου φωνής, ο οποίος μπορεί επίσης να θεωρηθεί τύπος γραμμικού κινητήρα.

Οι γραμμικοί κινητήρες δεν περιορίζονται στους ηλεκτρικούς κινητήρες. υπάρχουν και γραμμικές γεννήτριες. Το Σχήμα 2-7 δείχνει μια κυματοδηγούμενη γραμμική γεννήτρια.

Stepper Motors
Οι βηματικοί κινητήρες μετατρέπουν τα ηλεκτρικά σήματα παλμών σε γωνιακή μετατόπιση για τον έλεγχο της περιστροφής του ρότορα, χρησιμεύοντας ως ενεργοποιητές σε συσκευές αυτόματου ελέγχου. Κάθε παλμικό σήμα εισόδου αναγκάζει τον βηματικό κινητήρα να κινηθεί ένα βήμα προς τα εμπρός, επομένως ονομάζεται επίσης παλμικός κινητήρας. Με την ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής και της τεχνολογίας υπολογιστών, η ζήτηση για βηματικούς κινητήρες αυξάνεται καθημερινά και χρησιμοποιούνται σε όλους τους τομείς της εθνικής οικονομίας.

Το τροφοδοτικό κίνησης για έναν βηματικό κινητήρα αποτελείται από μια πηγή σήματος παλμού μετατροπέα συχνότητας, έναν διανομέα παλμών και έναν ενισχυτή παλμών, ο οποίος παρέχει παλμικό ρεύμα στις περιελίξεις του κινητήρα. Η απόδοση λειτουργίας ενός βηματικού κινητήρα εξαρτάται από τον καλό συντονισμό μεταξύ του κινητήρα και της τροφοδοσίας μετάδοσης κίνησης.

Οι βηματικοί κινητήρες ταξινομούνται σε δύο βασικούς τύπους με βάση τον τύπο κινητήρα τους: ηλεκτρομηχανικούς και μαγνητοηλεκτρικούς. Οι ηλεκτρομηχανικοί βηματικοί κινητήρες αποτελούνται από σιδερένιο πυρήνα, πηνία και μηχανισμούς γραναζιών. Όταν το πηνίο σωληνοειδούς ενεργοποιείται, δημιουργεί μαγνητική δύναμη, η οποία ενεργοποιεί τον πυρήνα του σιδήρου, αναγκάζοντάς τον να κινηθεί. Ο μηχανισμός μετάδοσης περιστρέφει τον άξονα εξόδου κατά γωνία και ένα γρανάζι κατά της περιστροφής διατηρεί τον άξονα εξόδου στη νέα θέση εργασίας. Όταν το πηνίο ενεργοποιηθεί ξανά, ο άξονας περιστρέφεται κατά μια άλλη γωνία, και ούτω καθεξής, εκτελώντας βηματική κίνηση. Οι ηλεκτρομαγνητικοί βηματικοί κινητήρες διατίθενται κυρίως σε τρεις μορφές: μόνιμο μαγνήτη, αντιδραστικό και επαγωγή μόνιμου μαγνήτη.

Υπεραγώγιμοι κινητήρες Οι υπεραγώγιμοι κινητήρες δεν διαφέρουν πολύ από τους συνηθισμένους κινητήρες όσον αφορά τις αρχές ηλεκτρομηχανικής μετατροπής ενέργειας, εκτός από το ότι οι περιελίξεις τους χρησιμοποιούν υπεραγώγιμα υλικά, τα οποία μπορούν να μειώσουν σημαντικά το μέγεθος και να εξοικονομήσουν ενέργεια. Επειδή η υπεραγωγιμότητα απαιτεί ψυκτικό εξοπλισμό, η δομή είναι ιδιαίτερα περίπλοκη, και ως εκ τούτου χρησιμοποιούνται γενικά μόνο σε μεγάλες γεννήτριες ή κινητήρες (όπως αυτές που χρησιμοποιούνται για την προώθηση μεγάλων πλοίων). Το σχήμα 2-9 δείχνει έναν υπεραγώγιμο κινητήρα συνεχούς ρεύματος για πλοία.

Πιεζοηλεκτρικοί κινητήρες υπερήχων Οι πιεζοηλεκτρικοί κινητήρες υπερήχων είναι ένας νέος τύπος συσκευής κίνησης που αναπτύχθηκε στα μέσα-της δεκαετίας του 1980. Δεν έχουν μαγνητικό πεδίο ή περιελίξεις και η αρχή τους είναι εντελώς διαφορετική από τους παραδοσιακούς ηλεκτρομαγνητικούς κινητήρες. Χρησιμοποιεί την αντίστροφη πιεζοηλεκτρική επίδραση των πιεζοηλεκτρικών υλικών για να μετατρέψει την ηλεκτρική ενέργεια σε υπερηχητική δόνηση ενός ελαστικού σώματος και στη συνέχεια μετατρέπει τη μετάδοση της τριβής σε περιστροφική ή γραμμική κίνηση του κινούμενου σώματος. Αυτός ο τύπος κινητήρα έχει πλεονεκτήματα όπως χαμηλή ταχύτητα λειτουργίας, υψηλή απόδοση, συμπαγή δομή, μικρό μέγεθος και χαμηλό θόρυβο. Επιπλέον, δεν επηρεάζεται από τα περιβαλλοντικά μαγνητικά πεδία και μπορεί να εφαρμοστεί σε πεδία όπως οι βιολογικές επιστήμες της ζωής, τα οπτικά όργανα και τα μηχανήματα υψηλής ακρίβειας.