A villanymotorok típusai és jellemzői

A villanymotorok az elektromos energiát mechanikus energiává alakítják. Az elektromágneses indukció elvén alapulnak. Számos alkalmazásban használhatók, például hajtási megoldásként ipari gépekben.

Villanymotortípusok

Különböző típusú villanymotorok léteznek, amelyek mindegyike különböző funkciókkal és tulajdonságokkal rendelkezik. A ma használt villanymotorok típusai kategóriák szerint egyenáramú motorokra és váltakozó áramú motorokra vannak oszlanak. Váltakozó áramú motorok esetén különbséget kell tenni a szinkron és az indukciós motorok között.

A villanymotorok felépítése általában a következő:

• Állórész: Az állórész egy elektromágnes vagy állandó mágnes, amely állandó jelleggel, pl. mereven csatlakozik a motorházhoz.
• Forgórész: A forgórész egy elektromágnes, amely az állórész pólusai között helyezkedik el a motor tengelyén. A kialakítástól függően különbséget teszünk a forgómotorok (forgómotor tengely) és a lineáris motorok (csúszótengely) között.
• Kommutátor (pólusinverter): A kommutátor egy csúszógyűrű két vagy több szegmenséből áll, egymástól elkülönítve, amelyeken keresztül árammal látja el a rotort. Két csúszóérintkező, amelyek egy áramforráshoz csatlakoznak, kívülről nyomódik neki.

• 1 – Forgórész
• 2 – Kefe
• 3 – Tekercs
• 4 – Légrés
• 5 – Állandó mágnes

A villanymotorok vezérléséhez különböző nyitott és/vagy zárt hurkú vezérlési módszereket alkalmaznak. A gyakori módszerek közé tartozik az impulzusszélesség-moduláció (PWM), a közvetlen feszültségszabályozás vagy a mezőalapú szabályozás.

Egyenáramú motorok (egyenáramú motorok)

Az egyenáramú motorok állandó áramiránnyal működnek, és nyomatékot generálnak. Olyan alkalmazásokban hasznosak, amelyek pontos sebesség- és nyomatékszabályozást igényelnek, mint például a CNC-gépek. Az alábbi motorok példák az egyenáramú motorokra:

• Egyenáramú motor kefékkel: A kommutátor olyan érintkezőkkel működik, amelyeket rugós nyomás érint meg. Ezeket keféknek nevezzük, és például szénből készülnek. A keféknek köszönhetően a teljesítmény könnyen szabályozható az alkalmazott üzemi feszültséggel.
• Egyenáramú motor kefékkel: A mechanikus kommutátor helyett egy elektromos érzékelő méri a kefe nélküli forgórész szögét az egyenáramú motorokon.
• Váltós motor: A sebességváltó az eredeti forgási sebesség egy meghatározott értékre történő csökkentésére, illetve ritka esetekben annak növelésére szolgál.
• Léptetőmotor: A léptetőmotorok forgómotorként és lineáris motorként is kaphatók. A motorok kis pozicionálási lépésekre állíthatók be nagy számú póluspár (fog) segítségével. Ezeket általában forgó vagy lineáris pozíciókódolókkal szabályozzák. Ezek a motorok megfelelőek az olyan nagy igénybevételt jelentő pozicionálási munkákhoz, mint a 3D nyomtatás. Megjegyzendő, hogy a túlterhelés/alulméretezés lépéshibákhoz vezethet.

Az egyenáramú motorok előnyei és hátrányai

Az egyenáramú motorok előnyei a következők:

• Nagy indítási nyomaték, ami alkalmassá teszi nagy igénybevételt jelentő alkalmazásokhoz.
• Pontosan szabályozhatók, ami főként a forgás sebességével érhető el. Így olyan alkalmazásokhoz alkalmasak, amelyek pontos pozicionálást és zökkenőmentes működést igényelnek.
• Nagyon megbízható, egyszerű nyomatékvezérlés még alacsony forgási sebességnél is lehetséges.
• Megfordíthatóság: A forgásirány az aktuális irány megfordításával könnyen megváltoztatható.
• Széles sebességtartomány érhető el.
• A kefe nélküli egyenáramú motorok tartósak, kevés karbantartást igényelnek és csendesebbek

A hátrányok a következők:

• A kefék használata gyakori, általában háromhavonta esedékes ellenőrzési időközöket eredményez, ami magasabb karbantartási költségekhez vezet.
• Érzékenység szélsőséges környezeti körülményekre: A viszonylag nyitott kialakítás megkönnyíti a por és a szennyeződés behatolását.
• A vásárlás gyakran költséges, különösen a kefe nélküli egyenáramú motorok esetében, mivel összetettebb vezérlést igényelnek, mint az egyszerű kefevezérlés.

Váltakozó áramú motorok

Váltakozó áramú motorok esetén a feszültség rendszeresen változik az áram irányának állandó változása miatt. A motor forgási sebességét a hálózati frekvencia és a pólusok száma határozza meg. Egyfázisú és háromfázisú váltakozó áramú motorok léteznek. Az egyfázisú váltakozó áramú motorokat többnyire kisebb gépekben és háztartási gépekben használják, a háromfázisú váltakozó áramú motorokat pedig főként ipari alkalmazásokban használják a magasabb teljesítményosztályuk és hatékonyságuk miatt. Az alábbi motorok példák a váltakozó áramú motorokra:

• Indukciós motor: A motor forgási sebessége nincs pontosan szinkronizálva a csatlakoztatott váltakozó áram frekvenciájával. Ez a különbség lehetővé teszi a forgórész forgását. Gyakran háromfázisú váltakozó árammal működnek, amelyet széles körben használnak az iparban, ezért az indukciós motor az egyik leggyakrabban használt motor. Az indukciós motorok egy- és háromfázisúak lehetnek.
• Szinkron motor: A forgórész fordulatszáma az állórész forgó mágneses mezőjével szinkronban van. Ez nagy pontosságot és állandó forgási sebességet eredményez, ami például a szerszámgépeknél fontos. A szinkronmotorok egy- és háromfázisúak lehetnek.

Szervomotorok:

A szervomotor lehet egyenáramú aszinkron vagy szinkron motor. Ezek a motorok szervohajtással és általában saját vezérlőelektronikával rendelkeznek. A szervohajtás egy elektronikus vezérlőrendszer, amely pontosan és szabályozott módon pozicionálja a motort, és lehetővé teszi a sebességváltást a különböző alkalmazásokban, például robotikában, CNC-gépeknél és automatizálási rendszerekben történő pontos mozgások végrehajtására.

A váltakozó áramú motorok előnyei és hátrányai

A váltakozó áramú motorok előnyei a következők:

• Tartósabbak és kevesebb karbantartást igényelnek, ha nem használnak keféket
• A zárt kialakítás kevesebb szennyeződés bejutását eredményezi
• Nagyobb hatékonyság
• Nagy sebesség lehetséges
• Általában költséghatékonyabbak

A hátrányok közé tartozik például, hogy az erősebb rezgések miatt magasabb a zajkeltés. A kialakításnak köszönhetően a forgás sebessége csak a frekvencia módosításával és/vagy a póluspárok váltásával szabályozható. A pontos vezérléshez további összetevőkre lehet szükség. Ezenkívül a váltakozó áramú motorok nem alkalmasak mobil alkalmazásokhoz, mivel az akkumulátorok egyenáramú feszültséget biztosítanak (vagy ez csak további összetevőkkel, például inverterekkel lehetséges).

A helyi körülményektől és a kívánt alkalmazástól függően az villanymotorok széles választéka használható, ezért a MISUMI a motorok széles választékát kínálja.

A villanymotor működési elve az egyenáramú motor példáján keresztül

Amikor egy egyenáramú motorban elektromos áram áramlik át a forgórész tekercsén, a forgórész elkezd forogni. Fél fordulatonként a kommutátor felcseréli a polaritást, így biztosítva a motor folyamatos mozgását. Ellenkező esetben a motor csak addig forogna, amíg a forgórész északi pólusa az állórész déli pólusa felé nem néz, és ebben a helyzetben megállna. A kétpólusú forgórésszel rendelkező motor nem indul el automatikusan minden helyzetben, ezért a három vagy több pólusú forgórészeket gyakran használják villanymotorokban. Az elv némileg eltérő a lineáris motorok esetében: Forgórész helyett ez az alkalmazás lineárisan vezetett forgórészt (kocsit) használ, amely több, egyenes vonal mentén mozgó spirállal van felszerelve. Rendszeres térközönként állandó mágnesek vannak beszerelve. A hőcserélők szándékos vezérlésével a forgórészeket mágneses mezők mozgatják, ugyanazon működési elv szerint, mint a forgómotorban. A szabályozott tekercsek a forgórészen és a lineáris állórész útvonalán is elhelyezhetők fordított elrendezésben.

Az villanymotorok jellemzői

A motorok jellemzői kritikus fontosságúak a teljesítményük és a különböző műszaki és ipari területeken történő alkalmazásuk szempontjából.

Nyomaték és sebesség

A motor forgatónyomatéka azt jelzi, hogy mekkora erőt tud kifejteni a tengelyre. A forgási sebesség azt a sebességet jelenti, amellyel a lineáris motor tengelye vagy forgórésze mozog. A motorokat az alkalmazástól függően különböző nyomatékokhoz és forgási sebességekhez tervezték. A motor méretezéséhez fontos a forgási nyomaték sebessége. Ez a forgási sebesség és a nyomaték arányát mutatja, és bizonyos esetekben jelentősen eltérhet a különböző (elektromos) motortípusok és működési pontok esetén.

Teljesítménysűrűség

A villanymotorok teljesítménysűrűsége a motor generált teljesítménye és mérete vagy tömege közötti arányra utal. A modern villanymotorok nagy teljesítménysűrűséggel rendelkeznek, így kompakt kivitelben nagy teljesítményt tudnak nyújtani. A teljesítménysűrűséget általában watt per kilogramm (W/kg) vagy watt per köbcentiméter (W/cm3) mértékegységben mérik, attól függően, hogy a motor tömegét vagy térfogatát veszik-e figyelembe.

Szabályozhatóság

Az villanymotorok szabályozhatósága a motor fordulatszámának, nyomatékának és egyéb működési paramétereinek bizonyos módon történő irányítására vagy szabályozására vonatkozik. Különösen hasznos olyan alkalmazásoknál, amelyek pontos vezérlést igényelnek.

• Forgási sebesség: A forgási sebesség szabályozásával a motor különböző sebességigényekhez igazítható.
• Nyomaték: A nyomaték vezérlése például a változó terheléseknél hasznos. A villanymotorok úgy vezérelhetők, hogy biztosítsák a terhelések mozgatásához vagy leküzdéséhez szükséges nyomatékot.
• Irány: Az áram irányának megváltoztatásával vagy speciális áramkörök használatával a motor testre szabható irányfüggő alkalmazásoknál. Ide tartoznak például a szállítószalagokban vagy liftekben lévő hajtómotorok.
• Pozicionálás és pontosság: A pontos pozicionálás és vezérlés például a CNC-gépeknél döntő fontosságú. E területen gyakran használnak léptetőmotorokat vagy szervomotorokat.

A villanymotorok biztonságos és megbízható beépítése érdekében számos sebességváltó alkatrészt kínálunk üzletünkben, beleértve a fogazott szíjakat, fogaskerekeket, szíjakat és egyebeket.

Élettartam és karbantartás

A villanymotor élettartama számos tényezőtől függ. A motor típusa, működési körülményei, karbantartása és gyártása például hatással lehet a működés minőségére. Íme néhány kulcsfontosságú tényező, amely befolyásolja a villanymotor élettartamát:

• Motor típusa: Egyes motortípusok robusztusabbak és tartósabbak, mint mások. Például a kefe nélküli kialakításnak köszönhetően a kefe nélküli egyenáramú motorok (BLDC) általában hosszabb élettartammal rendelkeznek, mint a kefés egyenáramú motorok.
• Működési körülmények: Az olyan tényezők, mint a hőmérséklet, a páratartalom, az ütésterhelés és a rezgés jelentősen befolyásolhatják az élettartamot. A motorvédő eszközök, mint például a túlmelegedés elleni védelem és a túlfeszültség elleni védelem is ezt a célt szolgálják.
• Üzemi ciklus: A működés hossza és gyakorisága befolyásolja az élettartamot. A folyamatos működésű motorok élettartama gyakran rövidebb.
• Karbantartás A villanymotorok általában kevés karbantartást igényelnek – ez alól kivételt képeznek a kefékkel/csiszoló érintkezőkkel rendelkező villanymotorok. Azonban a rendszeres ellenőrzés és karbantartás, pl. a csapágyak és a kopó alkatrészek jelentősen meghosszabbíthatják a motor élettartamát.

A villanymotorok hűtése

A villanymotorok hűtése kritikus fontosságú a hatékony működés és a biztonságos működési hőmérséklet fenntartása szempontjából. A túlmelegedés jelentősen lerövidítheti a villanymotor élettartamát, és meghibásodásokhoz vezethet. Íme néhány általános módszer az villanymotorok hűtésére:

• Léghűtés
• Hűtőbordák és hőelnyelők
• Hűtőközeg
• Olajhűtés
• Folyadékhűtés
• Hőérzékelők és vezérlők