Класифікація двигунів-загального призначення

Безщіточні двигуни з постійними магнітами

Безщіточні двигуни виникли наприкінці 1960-х років і швидко розвивалися разом із технологією матеріалів постійного магніту, мікроелектронікою та силовою електронікою, а також технологією двигунів. Безщітковий двигун — це типовий електромеханічний інтегрований продукт, який в основному складається з корпусу двигуна, датчика положення та електронної схеми перемикання. Безщітковий двигун із ротором, виготовленим із матеріалу постійного магніту, також називають безщітковим двигуном із постійним магнітом, і в переважній більшості безщіткових двигунів використовуються ротори з постійними магнітами.

Безщіточні двигуни з постійними магнітами можна розділити на два типи: безщіточні двигуни постійного струму (BLDCM), що приводяться в дію прямокутною хвилею (струм прямокутної хвилі вводиться в обмотки статора корпусу двигуна) і синхронні двигуни з постійними магнітами (PMSM), що приводяться в рух синусоїдальною хвилею. У порівнянні з традиційними щітковими двигунами постійного струму, BLDCM замінюють механічну комутацію традиційних двигунів постійного струму електронною комутацією та реверсують статор і ротор (ротор використовує постійні магніти), таким чином усуваючи потребу в механічному комутаторі та щітках. PMSM, з іншого боку, замінюють обмотки збудження в роторі синхронного двигуна з намотаним-ротором на постійні магніти, зберігаючи при цьому статор незмінним, таким чином усуваючи потребу в котушках збудження, контактних кільцях і щітках. Оскільки струм статора BLDCM керується прямокутною хвилею, інвертору набагато легше отримати прямокутну хвилю за тих самих умов порівняно з синусоїдальним приводом PMSM. Крім того, його керування простіше, ніж у PMSM (хоча його продуктивність на низьких швидкостях гірша, ніж у PMSM-головним чином через вплив пульсуючого моменту). Тому BLDCM привернули більшу увагу.

Безщіточні двигуни з постійними магнітами привертають все більшу увагу завдяки своїй чудовій продуктивності та незамінним технологічним перевагам. Особливо з кінця 1970-х років швидкий розвиток допоміжних технологій, таких як рідкісноземельні гідромагнітні матеріали, силова електроніка та комп’ютерне керування, а також безперервне вдосконалення процесів виробництва мікро-моторів призвели до безперервного вдосконалення технології та продуктивності безщіткових двигунів з постійними магнітами. Спочатку використовувалися в малих і середніх-сервоприводах в аерокосмічній, робототехніці та побутовій техніці, тепер вони широко застосовуються в електричних транспортних засобах, електричних моторних агрегатах і електричних кораблях. У майбутньому, з безперервним розвитком технології безщіткових двигунів постійного струму з постійними магнітами та відповідних допоміжних технологій, а також з постійним прогресом людського суспільства, безщіточні двигуни з постійними магнітами знайдуть ще більш широке застосування.

Лінійні двигуни

Було досягнуто значного прогресу в теорії конструювання двигунів, сприяючи застосуванню лінійних двигунів і повертаючи їх у центр уваги.

В останні роки лінійні двигуни були практично застосовані в промислових машинах, залізничному транспорті, ліфтах, пускових установках авіаносців, електромагнітних гарматах, пускових установках ракет і підводних човнів з електромагнітним рушієм. Так-так званий «космічний ліфт», який досліджують Сполучені Штати та інші країни, передбачає використання лінійних двигунів для запуску космічних човників або кораблів у космос.

У комп’ютерних дисководах існує тип двигуна, який приводить в дію головку читання/запису, званий двигуном звукової котушки, який також можна вважати типом лінійного двигуна.

Лінійні двигуни не обмежуються електродвигунами; існують також лінійні генератори. На малюнку 2-7 показано хвильовий лінійний генератор.

Крокові двигуни
Крокові двигуни перетворюють електричні імпульсні сигнали в кутове зміщення для керування обертанням ротора, служачи виконавчими механізмами в пристроях автоматичного керування. Кожен вхідний імпульсний сигнал змушує кроковий двигун рухатися на крок вперед, тому його також називають імпульсним двигуном. З розвитком мікроелектроніки та обчислювальної техніки попит на крокові двигуни зростає щодня, і вони використовуються у всіх галузях народного господарства.

Джерело живлення приводу крокового двигуна складається з джерела імпульсного сигналу перетворювача частоти, розподільника імпульсів і підсилювача імпульсів, який подає імпульсний струм в обмотки двигуна. Ефективність роботи крокового двигуна залежить від хорошої координації між двигуном і джерелом живлення приводу.

Залежно від типу двигуна крокові двигуни поділяються на два основних типи: електромеханічні та магнітоелектричні. Електромеханічні крокові двигуни складаються із залізного сердечника, котушок і зубчастих механізмів. Коли котушка соленоїда подається під напругу, вона генерує магнітну силу, яка приводить в дію залізний сердечник, змушуючи його рухатися. Механізм передачі повертає вихідний вал на певний кут, а шестерня проти -обертання утримує вихідний вал у новому робочому положенні. Коли котушка знову подається під напругу, вал повертається на інший кут і так далі, виконуючи кроковий рух. Електромагнітні крокові двигуни в основному бувають трьох форм: постійний магніт, реактивний та індукційний постійний магніт.

Надпровідні двигуни Надпровідні двигуни мало чим відрізняються від звичайних двигунів з точки зору принципів електромеханічного перетворення енергії, за винятком того, що їх обмотки використовують надпровідні матеріали, які можуть значно зменшити розмір і заощадити енергію. Оскільки для надпровідності потрібне холодильне обладнання, структура є особливо складною, і тому вони, як правило, використовуються лише у великих генераторах або двигунах (таких, як ті, що використовуються для руху масивних кораблів). На малюнку 2-9 показано надпровідний двигун постійного струму для суден.

Ультразвукові п’єзоелектричні двигуни Ультразвукові п’єзоелектричні двигуни – це новий тип приводу, розроблений у середині-1980-х років. У них немає ні магнітного поля, ні обмоток, а їх принцип дії повністю відрізняється від традиційних електромагнітних двигунів. Він використовує зворотний п’єзоелектричний ефект п’єзоелектричних матеріалів для перетворення електричної енергії в ультразвукові коливання пружного тіла, а потім перетворює передачу тертя в обертальний або лінійний рух рухомого тіла. Цей тип двигуна має такі переваги, як низька робоча швидкість, висока продуктивність, компактна структура, невеликий розмір і низький рівень шуму. Крім того, на нього не впливають магнітні поля навколишнього середовища і його можна застосовувати в таких галузях, як біологічні науки про життя, оптичні прилади та високоточне обладнання.