Theorie - motoren

Elektromotoren

Een elektromotor is een algemene benaming voor een machine die elektrische energie omzet in mechanische energie waarmee een werktuig kan worden aangedreven. Een elektromotor wordt gebruikt in machines waar iets moet bewegen. Vaak betreft het een roterende (ronddraaiende) beweging echter er zijn ook elektromotoren met een lineaire beweging.

Elektromotoren worden onderverdeeld in gelijkstroom- en wisselstroommotoren. Deze term geeft aan op welke voedingsspanning de elektromotoren aangesloten dienen te worden.

Binnen beide typen elektromotoren zijn er zeer veel varianten. De benaming heeft normaliter een relatie met het toegepaste principe of de applicatie. Een elektromotor wordt gekozen (gedimensioneerd) op grond van de gevraagde toepassing bij een werktuig (tegenkoppel of belastingskoppel). Onderstaand treft u een overzicht van de meest gangbare elektromotoren aan die ERIKS Aandrijftechniek Schoonhoven in haar leveringsprogramma heeft.

(Alle theoriepagina's zijn gebundeld in een ‘Theorieboek'. Op verzoek kunnen wij u dit toesturen. Klik hier om het theorieboek aan te vragen.)

Asynchrone commutatormotor
Drie-fasen asynchrone draaistroommotor of kortsluitankermotor
Drie-fasen asynchrone motor met sleepring of sleepringankermotor
Gelijkstroom motoren met commutator
Gelijkstroom motoren zonder borstels (brushless)
Ironcore lineair motor (ijzer anker motor)
Ironless lineair motor (luchtspoelmotor)
Lineaire direct aangedreven (direct drive) motoren
Lineaire stappenmotor
Servomotoren
Stappenmotoren
Synchrone draaistroommotor
Torque motoren
Universeel motoren
Kernloze (coreless) of ijzerloze gelijkstroommotor met commutator

 


Asynchrone commutatormotor
Deze motor wordt toegepast voor een groot toerentalbereik met een gelijkblijvende koppel. Tegenwoordig is het resultaat van het gebruik van dit type motor ook goed te bereiken met een elektronisch geregelde motor.


Drie-fasen asynchrone motor met sleepring of sleepringankermotor
Het verschil met de gewone asynchrone draaistroommotor is alleen de anders geconstrueerde rotor. Is deze bij de gewone asynchrone motor een kortsluitanker, bij dit type is de rotor voorzien van wikkelingen die 120o ten opzichte van elkaar verschoven liggen. Van de rotorwikkelingen worden de uiteinden op sleepringen aangesloten die, via koolborstels, van buitenaf bereikbaar zijn. Bij dit type motoren kan de aanloopstroom en dus daardoor ook het aanloopkoppel goed worden geregeld. Bij deze motor kan uitwendig, door bijvoorbeeld het in serie schakelen van rotorweerstanden, een groot aanloopkoppel (grote versnelling) worden gerealiseerd.


Ironcore lineair motor (ijzer anker motor)
De ironcore is geschikt voor grote krachten gecombineerd met dynamisch gedrag.
Het bewegende deel is onderhevig aan cogging. Er is een grote magnetische aantrekkingskracht tussen het bewegende deel en de magneten. Dit stelt extra eisen aan de geleiding (extra aandacht verdient luchtlagering, uitschakelen van de luchtlagering mag alleen als het bewegende deel stil staat). Warmte kan door het ijzer in het bewegende deel worden afgevoerd, optioneel is waterkoeling mogelijk.


Ironless lineair motor (luchtspoelmotor)
De ironless onderscheidt zich door een zeer hoog dynamisch gedrag bij een geringere kracht dan de ironcore uitvoering.
Omdat het bewegende deel geen ijzer bevat (de spoelen zijn gevat in epoxy), is er geen cogging. Het resultaat is een extreem vloeiende beweging. Er is geen aantrekkingskracht op het bewegende deel omdat deze zich tussen twee magneten beweegt (U-vormig profiel). Door geringe massa bewegende deel, is warmte-ontwikkeling een belangrijk aandachtspunt.

Voor zowel Ironcore alsook Ironless geldt:
Vergelijkbaar aan roterende aandrijvingen wordt de lineaire motor aangestuurd door stroom, door 3 spoelen te sturen die 120 graden elektrisch ten opzichte van elkaar verschoven zijn. Voor de commutatie en positionering van de motor wordt meestal gebruik gemaakt van een absolute of incrementele lineaire encoder.  Per secundair deel met magneten kunnen meerdere bewegende primaire delen worden gebruikt. Uiteraard kunnen deze elkaar niet passeren.


Lineaire stappenmotor
De lineaire stappenmotor is een motor die door de ontwikkeling van de ironcore en ironless motoren steeds minder wordt toegepast. Met deze motoren is het evenals met roterende stappenmotoren mogelijk om zonder feedback te bewegen en te positioneren. De snelheden voor de lineaire stappenmotoren liggen maximaal 2m/s lager dan de ironless en ironcore motoren. De acceleratie is begrensd op ongeveer 10m/s^2.

Piëzo
Het piëzo principe wordt toegepast in nauwkeurige lineaire bewegingen met een geringe belasting. Het piëzo-elektrisch effect is het verschijnsel dat kristallen van bepaalde materialen onder invloed van druk (bijvoorbeeld buiging) een elektrische spanning produceren en andersom: een bepaalde vervorming ten gevolge van de aangelegde elektrische spanning. Piëzo lineaire motoren zijn gebaseerd op deze eigenschap.

LIM
Bij de LIM bestaat het primaire uit spoelen en wordt het secundaire deel gevormd door een aluminium of koperen plaat die op een stalen ondergrond wordt gemonteerd.
Door een wisselend magnetisch veld op de spoelen aan te sluiten wordt een lineair verplaatsend magnetisch veld opgewekt, waardoor een stroom in de metalen plaat van het bewegende deel wordt opgewekt. Het hierdoor in de plaat opgewekte magneetveld zorgt voor een lineaire kracht die de lineaire beweging van de plaat in gang zet/houdt.
In tegenstelling ironcore, ironless, stappen en piëzo, is de LIM asynchroon. De snelheid van de plaat is dus niet recht-evenredig met de verplaatsingssnelheid van het magnetische veld (frequentie). Er is "slip", deze is onder andere afhankelijk van acceleratie, snelheid en belasting. Deze motor kan direct op de 3-fasen netspanning worden aangesloten. Door gebruik te maken van een frequentieregelaar kan de snelheid en de kracht van de LIM worden geregeld. Als positieterugkoppeling kan een puls-band (grove encoder) of bijvoorbeeld een laser-afstandssensor worden gebruikt.

Moving coil
De meest gebruikte moving coil motoren hebben een vast opgestelde wikkeling (cylindervormig) met daarin een bewegend deel van metaal.
Bij deze motor wordt op basis van de DC spanning een magnetisch veld opgewekt. Dit veld genereert een kracht op de bewegende metalen kern. De grootte van de stroom bepaalt de kracht. De kracht is constant zolang de kern zich volledig in het magnetische veld bevindt.


Synchrone draaistroommotor
De stator van deze motor is identiek aan een asynchrone draaistroommotor. Bij deze motor is echter de rotor voorzien van een wikkeling. Door middel van een gelijkstroom, die via borstels en sleepringen aan deze rotorwikkeling(en) kan worden toegevoerd, gedraagt de rotor zich als een permanent magneet. Bij kleine vermogens (tot 3 kW) worden ook vaak permanent magneten toegepast. In tegenstelling tot een asynchrone motor loopt het draaiveld van de rotor in de pas met het draaiveld van de stator. Er is derhalve geen slip. Let op: de synchrone draaistroommotor is niet zelfstartend. Door de aanvullende installatie voor aanloop is de motor relatief kostbaar.
Indien de borstels als een bezwaar worden gezien (bij vermogens boven de 3kW) kan een borstelloze uitvoering worden toegepast.

Universeel motoren
De universeel motor komt qua gedrag overeen met een wisselstroom commutator motor (1.3). Feitelijk is de universeel motor een gelijkstroom seriemotor die ook op wisselspanning aangesloten kan worden. Wel dient dan een gelamineerd statorblikpakket te worden toegepast. De universeel motor wordt veel in huishoudelijke apparatuur toegepast.