Klassifizierung von Allzweckmotoren.-

Bürstenlose Permanentmagnetmotoren

Bürstenlose Motoren entstanden Ende der 1960er Jahre und entwickelten sich parallel zur Permanentmagnet-Materialtechnik, der Mikroelektronik- und Leistungselektroniktechnik sowie der Motortechnik rasant weiter. Ein bürstenloser Motor ist ein typisches elektromechanisches integriertes Produkt, das hauptsächlich aus dem Motorgehäuse, dem Positionssensor und der elektronischen Schaltschaltung besteht. Ein bürstenloser Motor mit einem Rotor aus Permanentmagnetmaterial wird auch als bürstenloser Permanentmagnetmotor bezeichnet, und die überwiegende Mehrheit der bürstenlosen Motoren verwendet Permanentmagnetrotoren.

Bürstenlose Permanentmagnetmotoren können in zwei Typen unterteilt werden: bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDCM), die durch eine Rechteckwelle angetrieben werden (in die ein Rechteckwellenstrom in die Statorwicklungen des Motorkörpers eingespeist wird), und Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM), die durch eine Sinuswelle angetrieben werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Gleichstrommotoren mit Bürsten ersetzen BLDCMs die mechanische Kommutierung herkömmlicher Gleichstrommotoren durch elektronische Kommutierung und vertauschen Stator und Rotor (der Rotor verwendet Permanentmagnete), sodass kein mechanischer Kommutator und keine Bürsten erforderlich sind. PMSMs hingegen ersetzen die Erregerwicklungen im Rotor eines Synchronmotors mit gewickeltem -Rotor durch Permanentmagnete, während der Stator unverändert bleibt, wodurch Erregerspulen, Schleifringe und Bürsten überflüssig werden. Da der Statorstrom eines BLDCM durch eine Rechteckwelle angetrieben wird, ist es für den Wechselrichter im Vergleich zur sinusförmigen Ansteuerung eines PMSM viel einfacher, unter den gleichen Bedingungen eine Rechteckwelle zu erhalten. Darüber hinaus ist seine Steuerung einfacher als die eines PMSM (obwohl seine Leistung bei niedrigen Drehzahlen schlechter ist als die eines PMSM-hauptsächlich aufgrund des Einflusses des pulsierenden Drehmoments). Daher haben BLDCMs größere Aufmerksamkeit erlangt.

Bürstenlose Permanentmagnetmotoren erfreuen sich aufgrund ihrer überlegenen Leistung und unersetzlichen technologischen Vorteile zunehmender Beliebtheit. Insbesondere seit den späten 1970er Jahren haben schnelle Fortschritte bei unterstützenden Technologien wie hydromagnetischen Seltenerdmaterialien, Leistungselektronik und Computersteuerung sowie kontinuierliche Verbesserungen bei den Herstellungsprozessen von Mikromotoren zu kontinuierlichen Verbesserungen der Technologie und Leistung bürstenloser Permanentmagnetmotoren geführt. Ursprünglich in kleinen und mittelgroßen Servoantrieben in der Luft- und Raumfahrt, Robotik und Haushaltsgeräten eingesetzt, finden sie heute breite Anwendung in Elektrofahrzeugen, Elektrotriebzügen und Elektroschiffen. In Zukunft werden bürstenlose Permanentmagnetmotoren mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der bürstenlosen Gleichstrommotortechnologie mit Permanentmagneten und den damit verbundenen unterstützenden Technologien sowie dem anhaltenden Fortschritt der menschlichen Gesellschaft noch breitere Anwendungen finden.

Linearmotoren

In der Theorie des Motordesigns wurden erhebliche Fortschritte erzielt, wodurch die Anwendung von Linearmotoren gefördert und wieder ins Rampenlicht gerückt wurde.

In den letzten Jahren wurden Linearmotoren praktisch in Industriemaschinen, Schienentransporten, Aufzügen, Flugzeugträgerraketen, elektromagnetischen Geschützen, Raketenwerfern und U-Booten mit elektromagnetischem Antrieb eingesetzt. Der sogenannte „Weltraumaufzug“, an dem die Vereinigten Staaten und andere Länder forschen, beinhaltet die Verwendung von Linearmotoren, um Raumfähren oder Raumfahrzeuge in den Weltraum zu befördern.

In Computer-Festplattenlaufwerken gibt es einen Motortyp, der den Lese-/Schreibkopf antreibt, einen sogenannten Schwingspulenmotor, der auch als eine Art Linearmotor betrachtet werden kann.

Linearmotoren sind nicht auf Elektromotoren beschränkt; es gibt auch lineare Generatoren. Abbildung 2-7 zeigt einen wellengetriebenen Lineargenerator.

Schrittmotoren
Schrittmotoren wandeln elektrische Impulssignale in Winkelverschiebungen um, um die Rotordrehung zu steuern, und dienen als Aktuatoren in automatischen Steuergeräten. Jedes Eingangsimpulssignal veranlasst den Schrittmotor, sich einen Schritt vorwärts zu bewegen, daher wird er auch als Impulsmotor bezeichnet. Mit der Entwicklung der Mikroelektronik und Computertechnologie steigt die Nachfrage nach Schrittmotoren täglich und sie werden in allen Bereichen der Volkswirtschaft eingesetzt.

Die Antriebsstromversorgung für einen Schrittmotor besteht aus einer Frequenzwandler-Impulssignalquelle, einem Impulsverteiler und einem Impulsverstärker, der die Motorwicklungen mit Impulsstrom versorgt. Die Betriebsleistung eines Schrittmotors hängt von der guten Abstimmung zwischen Motor und Antriebsstromversorgung ab.

Schrittmotoren werden je nach Motortyp in zwei Grundtypen eingeteilt: elektromechanisch und magnetoelektrisch. Elektromechanische Schrittmotoren bestehen aus einem Eisenkern, Spulen und Getriebemechanismen. Wenn die Magnetspule erregt wird, erzeugt sie eine Magnetkraft, die den Eisenkern betätigt und ihn in Bewegung versetzt. Der Getriebemechanismus dreht die Abtriebswelle um einen Winkel und ein Anti--Getriebe hält die Abtriebswelle in der neuen Arbeitsposition. Wenn die Spule wieder mit Strom versorgt wird, dreht sich die Welle um einen anderen Winkel usw. und führt eine Schrittbewegung aus. Elektromagnetische Schrittmotoren gibt es hauptsächlich in drei Formen: Permanentmagnet-, Blind- und Permanentmagnet-Induktionsmotoren.

Supraleitende Motoren Supraleitende Motoren unterscheiden sich hinsichtlich der Prinzipien der elektromechanischen Energieumwandlung nicht wesentlich von gewöhnlichen Motoren, außer dass ihre Wicklungen supraleitende Materialien verwenden, was die Größe erheblich reduzieren und Energie sparen kann. Da für die Supraleitung eine Kühlausrüstung erforderlich ist, ist die Struktur besonders komplex und daher werden sie im Allgemeinen nur in großen Generatoren oder Motoren (z. B. für den Antrieb riesiger Schiffe) verwendet. Abbildung 2-9 zeigt einen supraleitenden Gleichstrommotor für Schiffe.

Ultraschall-Piezomotoren Ultraschall-Piezomotoren sind eine neue Art von Antriebsgeräten, die Mitte der 1980er Jahre entwickelt wurden. Sie haben kein Magnetfeld und keine Wicklungen und ihr Prinzip unterscheidet sich völlig von herkömmlichen elektromagnetischen Motoren. Es nutzt den umgekehrten piezoelektrischen Effekt piezoelektrischer Materialien, um elektrische Energie in Ultraschallschwingungen eines elastischen Körpers umzuwandeln und dann die Reibungsübertragung in eine Rotations- oder Linearbewegung des sich bewegenden Körpers umzuwandeln. Dieser Motortyp bietet Vorteile wie niedrige Betriebsgeschwindigkeit, hohe Leistung, kompakte Struktur, geringe Größe und geringe Geräuschentwicklung. Darüber hinaus wird es von magnetischen Umgebungsfeldern nicht beeinflusst und kann in Bereichen wie den biologischen Biowissenschaften, optischen Instrumenten und hochpräzisen Maschinen eingesetzt werden.