Классификация двигателей общего-назначения

Бесщеточные двигатели с постоянными магнитами

Бесщеточные двигатели возникли в конце 1960-х годов и быстро развивались вместе с технологией материалов с постоянными магнитами, микроэлектроникой и технологией силовой электроники, а также технологией двигателей. Бесщеточный двигатель представляет собой типичное электромеханическое интегрированное изделие, состоящее в основном из корпуса двигателя, датчика положения и электронной схемы переключения. Бесщеточный двигатель с ротором, изготовленным из материала с постоянными магнитами, также называется бесщеточным двигателем с постоянными магнитами, и в подавляющем большинстве бесщеточных двигателей используются роторы с постоянными магнитами.

Бесщеточные двигатели с постоянными магнитами можно разделить на два типа: бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDCM), приводимые в движение прямоугольной волной (подаваемые прямоугольным током в обмотки статора корпуса двигателя), и синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM), приводимые в движение синусоидальной волной. По сравнению с традиционными коллекторными двигателями постоянного тока, BLDCM заменяют механическую коммутацию традиционных двигателей постоянного тока электронной коммутацией и меняют местами статор и ротор (в роторе используются постоянные магниты), тем самым устраняя необходимость в механическом коммутаторе и щетках. С другой стороны, модули PMSM заменяют обмотки возбуждения в роторе синхронного двигателя с фазным -ротором постоянными магнитами, сохраняя при этом статор неизменным, тем самым устраняя необходимость в катушках возбуждения, контактных кольцах и щетках. Поскольку ток статора BLDCM управляется прямоугольной волной, инвертору гораздо легче получить прямоугольную волну при тех же условиях по сравнению с синусоидальным возбуждением PMSM. Кроме того, его управление проще, чем у СДСМ (хотя его характеристики на малых скоростях хуже, чем у СДСМ-в основном из-за влияния пульсирующего момента). Таким образом, BLDCM привлекли более широкое внимание.

Бесщеточные двигатели с постоянными магнитами привлекают все большее внимание благодаря своим превосходным характеристикам и незаменимым технологическим преимуществам. Особенно с конца 1970-х годов быстрый прогресс в таких технологиях, как редкоземельные гидромагнитные материалы, силовая электроника и компьютерное управление, а также постоянное совершенствование процессов производства микро-двигателей привели к постоянному совершенствованию технологии и производительности бесщеточных двигателей с постоянными магнитами. Первоначально они использовались в малых и средних сервоприводах-в аэрокосмической отрасли, робототехнике и бытовой технике, а теперь широко применяются в электромобилях, электропоездах и электросудах. В будущем, благодаря постоянному развитию технологии бесщеточных двигателей постоянного тока с постоянными магнитами и связанных с ними вспомогательных технологий, а также продолжающемуся прогрессу человеческого общества, бесщеточные двигатели с постоянными магнитами найдут еще более широкое применение.

Линейные двигатели

Значительный прогресс был достигнут в теории проектирования двигателей, что способствовало применению линейных двигателей и снова привлекло к ним внимание.

В последние годы линейные двигатели нашли практическое применение в промышленном оборудовании, железнодорожном транспорте, лифтах, пусковых установках авианосных самолетов, электромагнитных пушках, ракетных пусковых установках и подводных лодках с электромагнитными движителями. Так-так называемый «космический лифт», который исследуют США и другие страны, предполагает использование линейных двигателей для запуска шаттлов или космических кораблей в космос.

В компьютерных дисководах имеется тип двигателя, который приводит в движение головку чтения/записи, называемый двигателем звуковой катушки, который также можно рассматривать как тип линейного двигателя.

Линейные двигатели не ограничиваются электродвигателями; есть еще линейные генераторы. На рисунке 2-7 показан линейный генератор с волновым приводом.

Шаговые двигатели
Шаговые двигатели преобразуют электрические импульсные сигналы в угловое смещение для управления вращением ротора и служат исполнительными механизмами в устройствах автоматического управления. Каждый входной импульсный сигнал заставляет шаговый двигатель двигаться на один шаг вперед, поэтому его также называют импульсным двигателем. С развитием микроэлектроники и вычислительной техники спрос на шаговые двигатели ежедневно увеличивается, и они используются во всех отраслях народного хозяйства.

Источник питания привода шагового двигателя состоит из преобразователя частоты, источника импульсных сигналов, распределителя импульсов и усилителя импульсов, обеспечивающего подачу импульсного тока на обмотки двигателя. Рабочие характеристики шагового двигателя зависят от хорошей координации между двигателем и источником питания привода.

Шаговые двигатели подразделяются на два основных типа в зависимости от типа двигателя: электромеханические и магнитоэлектрические. Электромеханические шаговые двигатели состоят из железного сердечника, катушек и зубчатых механизмов. Когда на соленоидную катушку подается напряжение, она генерирует магнитную силу, которая приводит в действие железный сердечник, заставляя его двигаться. Зубчатый механизм поворачивает выходной вал на угол, а шестерня, препятствующая вращению-удерживает выходной вал в новом рабочем положении. Когда на катушку снова подается напряжение, вал поворачивается на другой угол и так далее, совершая шагающее движение. Электромагнитные шаговые двигатели в основном бывают трех видов: с постоянными магнитами, реактивные и индукционные с постоянными магнитами.

Сверхпроводящие двигатели Сверхпроводящие двигатели мало чем отличаются от обычных двигателей с точки зрения электромеханических принципов преобразования энергии, за исключением того, что в их обмотках используются сверхпроводящие материалы, которые позволяют значительно уменьшить размеры и сэкономить энергию. Поскольку для сверхпроводимости требуется холодильное оборудование, конструкция особенно сложна, и поэтому они обычно используются только в больших генераторах или двигателях (например, тех, которые используются для приведения в движение массивных кораблей). На рис. 2-9 показан сверхпроводящий двигатель постоянного тока для кораблей.

Ультразвуковые пьезоэлектрические двигатели Ультразвуковые пьезоэлектрические двигатели – это новый тип приводного устройства, разработанный в середине-1980-х годов. У них нет магнитного поля и обмоток, а их принцип полностью отличается от традиционных электромагнитных двигателей. Он использует обратный пьезоэлектрический эффект пьезоэлектрических материалов для преобразования электрической энергии в ультразвуковые вибрации упругого тела, а затем преобразует передачу трения во вращательное или линейное движение движущегося тела. Этот тип двигателя имеет такие преимущества, как низкая рабочая скорость, высокая производительность, компактная конструкция, небольшой размер и низкий уровень шума. Более того, на него не влияют магнитные поля окружающей среды, и его можно применять в таких областях, как биологические науки о жизни, оптические приборы и высокоточное оборудование.