Sähkömoottorityyppejä ja niiden käyttökohteita
Insinöörin alkuperäiseksi tehtäväksi voidaan hyvinkin katsoa tehdä apuvälineitä auttamaan ihmistä erilaisissa elämään liittyvissä tehtävissä. Sen lisäksi tekniikka on kuitenkin kehittyessään tehnyt mahdolliseksi toimintoja, joita ihmisen ei ikinä uskottu pystyvän hallitsemaan, mainittakoon nyt esimerkkinä vaikka lentäminen. Tärkeänä osana insinöörien työkalupakkia ovat liikettä tuottavat laitteet eli moottorit. Tiede on paljastanut, että niin kemialliset kuin sähköisetkin moottorit perustuvat samoihin atomitason ilmiöihin. Tämä nähdään siinäkin, että kemiallinen energia voidaan muuttaa sähköiseksi erilaisissa laitteissa kuten vaikka akut, paristot, polttokennot. Nykyään hallitaan erinomaisesti useiden erilaisten sähkömoottorien suunnittelu ja rakentaminen. Sähkömoottorit voivat suurimmillaan olla pienen talon kokoisia ja pienimmillään vakiomallit voivat olla lähellä riisinjyvän kokoa. Mikro- ja nanokokoisia moottoreita kehitetään nykyään useilla erilaisilla periaatteilla. On selvää, että fysikaalisten ilmiöiden merkitys muuttuu moottoreiden koon muuttuessa: Vaikka nykyinen moottorien kokoluokka perustuu magneettikenttiin, voivat mikro- ja nanoluokan moottorit perustua sähkökentän voimaan, tai vaikka pietsosähköiseen ilmiöön.
Katso luku: Eksoottiset moottorit
Juuri nyt sähkömoottorit ovat tulossa lentokoneiden voimanlaitteiksi. Seuraavat videot esittelevät Hybridi-käyttöisen lentokoneen prototyypin ja toisen luonnosasteella olevan mallin:
Katso: Serial-Hybrid Electric Airplane
Katso: Terrafugia TF-X in Youtube
Tulevaisuudessa voi meillä olla myös mini- tai mikrokokoisia sähkömoottoreilla toimivia itsenäisiä lentokoneita, jotka voivat tehdä myös yhteistyötä.
Katso: Viljay Kumar: Robots that fly and cooperate
Nykyiset vakiomalliset sähkömoottorit voidaan jakaa seuraaviin neljään pääluokkaan:
- Synkroniset moottorit
- Induktiomoottorit
- Tasavirtamoottorit
- Harjattomat tasavirtamoottorit
- Askelmoottorit
Luokissa 1, 2, 4 ja 5 tehdään tyypillisesti moottorin paikallaan pysyvään runkoon eli staattoriin pyörivä magneettikenttä, jota eri tavoin magnetoitu akselia pyörittävä osa eli roottori seuraa. Luokassa 3 staattori on vakiomagnetoitu ja roottorin magnetointia muutetaan sen pyöriessä siten, että sen magneettikenttä on aina kohtisuorassa staattorin magneettikenttään nähden.
Synkroniset moottorit
Synkroniset mottorit ovat suositeltavia käyttökohteisiin, joissa vaaditaan parasta ohjattavuutta. Näissä sovellutuksissa ne vaativat tehon syöttöön taajuusmuuttajan, jonka tulee vaativimimmissa sovellutuksissa olla vektorityyppinen, mikä tarkoittaa, että ohjain tietää joka hetki koneen magneettikenttien suunnat ja suuruudet sekä roottorin asennon. Näin teho voidaan ohjata joka hetki tehokkaimmalla mahdollisella tavalla. Näin synkronimoottorin ohjattavuus tulee yhtä hyväksi kuin mitä on tasavirtamoottorilla, mutta mottorin rakenne on yksinkertaisempi, koska siinä ei tarvita kommutaattorikäämitystä. Roottorin tehon syöttämisestä päästään kokonaan eroon, jos se kestomagnetoidaan. Jos roottori magnetoidaan sähköisesti, saavutetaan etuna se, että magnetointivirtaa voidaan säätää; suurilla nopeuksilla voifdaan käyttää nin sanottua kentänheikennystä, jolloin huipunopeus kasvaa. Roottori magnetoidaan tyypillisesti tasavirralla, joka kytketään akselilla olevien n.s liukurenkaiden kautta.
Varsinkaan suuret synkronimoottorit, joissa ei ole vaimennuskäämitystä, eivät pysty käynnistymään, jos staattoriin kytketään suoraan täyden taajuden jännite. Vaikka skalaarinen taajuusmuuttaja ei olekaan maksimaalisen tarkka ohjauksessa, voidaan sitä kuitenkin käyttää mottorin käynnitämiseen siten, että taajuutta ja jännitettä vähitellen säädetään suuremmaksi niin, että roottori pysyy perässä. Roottori voidaan myös varustaa niin sanotulla vaimennuskäämityksellä, joka on olennaisesti induktiomoottorin häkkikäämitys; tällöin mottori voidaan käynnistää täyden taajuuden jännitteellä induktiomottorina, ja vasta kun jättämä on tullut tarpeeksi pieneksi magnetoidaan roottori tasavirralla, jolloin mottori tahdistuu. Vaimennuskäämitys toimi myös iskunvaimentimena siten, että se vaimentaa kuorman muutosten rottoriin aiheuttamia nopeuden muutoksia ja värähtelyjä.
Induktiomottorit
Tasavirtamottorit
Harjattomat tasavirtamoottorit
Askelmoottorit