Elektromotory » Konstrukce, způsob fungování a druhy

Aktualizováno: 17. 5. 2023  |  Doba potřebná k přečtení: 17 minut

Vždy, když se v našem moderním světě něco dá do pohybu na stisknutí tlačítka, jsou za tím většinou elektromotory. To si ale v dané chvíli uvědomuje jen minimum lidí. A přitom stisknutím tlačítka dennodenně probouzejí k životu kartáčky na zuby, mixéry, pračky, rolety, garážová vrata a bezpočet dalších elektrických přístrojů a strojů.

Tato zjevná nevšímavost je do určité míry snadno pochopitelná, protože elektromotory často plní svou úlohu skrytě, tiše a nenápadně, a to po dlouhá léta.

V dnešní době se ale elektromotory znovu stávají středem pozornosti. Tito električtí siláci totiž neposkytují jen mechanickou sílu. Jsou také na nejlepší cestě k tomu, aby nahradily spalovací motory v našich vozidlech. To je další důvod, proč bychom se měli tématu elektromotorů věnovat podrobněji.



Co je to elektromotor?

Jednoduše řečeno je elektromotor nebo také e-motor elektromechanický měnič, který z elektrického výkonu vytváří mechanický výkon.

Z tohoto důvodu také elektromotory disponují proudovým připojením, k němuž je přiváděna elektrická energie.

Mechanický výstup, který má ve svém nejjednodušším provedení podobu hřídele, se točí a slouží jako pohon pro stroje a přístroje.

Princip fungování elektromotoru je založený na magnetickém působení elektrického proudu.



Kdo vynalezl elektromotor?

Elektromotor nebyl vynalezen jednou konkrétní osobou. Ve skutečnosti se na vývoji elektromotoru podílelo mnoho objevů a vynálezů mnoha různých osob:

V roce 1820 objevil Hans Christian Ørsted, že vodiče, jimiž protéká proud, vytvářejí magnetické pole. Byl prvním, kdo za pomoci elektrického proudu vytvořil magnetické pole, jímž rozhýbal střelku kompasu. Ve stejném roce vynalezl Francouz André-Marie Ampére solenoid.

V roce 1821 představil Michael Faraday výsledky své práce v oblasti „elektromagnetické rotace“. V jeho konstrukcích rotoval pohyblivý vodič okolo pevného magnetu, resp. pohyblivý magnet okolo pevného vodiče.

Roku 1822 sestavil matematik a fyzik Peter Barlow kolo, které po něm bylo pojmenováno – Barlowovo kolo. Kolo s kovovými ráfky se točilo mezi pólovými nástavci magnetu ve tvaru písmene U.

Roku 1825 vynalezl William Sturgeon první funkční elektromagnet s železným jádrem pro zesilování magnetického pole.

V roce 1832 sestavil Hippolyte Pixii první rotační zařízení pro vytváření střídavého proudu.

V roce 1834 vyvinul Moritz Herman Jacobi první rotační elektromotor, jehož výkon dosahoval asi 15 wattů. Jeho druhý motor, který představil veřejnosti v roce 1838, vykazoval výkon už 300 W a našel využití na lodi.

Roku 1839 sestavil M. H. Jakobi motor o výkonu 1 000 W.

Také další vynálezci, například Skot Robert Davidson a Nizozemci Christopher Becker a Sibrandus Stratingh experimentovali a vyvíjeli elektromotory ve stejné době.

Teprve když byla v roce 1866 možná výroba elektrické energie ve velkém, začal se elektromotor stále více prosazovat a krok za krokem začal porážet do té doby používané parní stroje.



Jak funguje elektromotor?

Součásti elektromotoru

elektromotoru se využívá skutečnosti, že se magnety, podle toho, jak jsou k sobě otočené, vzájemně ovlivňují.

Stejné póly magnetů se vzájemně odpuzují a odlišné póly se vzájemně přitahují.

Abychom mohli sestavit elektromotor, potřebujeme v první řadě permanentní magnet (1) určitého konstrukčního tvaru.

Mezi póly permanentního magnetu je uložené otočné železné těleso (2), kolem něhož je ovinutá cívka z izolovaného měděného drátu (3).


Působení magnetické síly

Jestliže cívkou protéká stejnosměrný proud, vytváří cívka magnetické pole a železné jádro se stane elektromagnetem. Polarita elektromagnetu, tedy orientace severního a jižního pólu, závisí na směru, kterým cívkou protéká proud.

Orientace elektromagnetu

Protože je elektromagnet uložený tak, aby se mohl otáčet, nasměruje se nyní tak, aby se nestejné póly obou magnetů nacházely vždy proti sobě.


Setrvání v klidové poloze

Dokud nevypneme proud, zůstane elektromagnet stát v této poloze, protože ho v ní udržují magnetické síly.
 


Vznik rotačního pohybu

Aby se elektromagnet nepřetržitě dále otáčel, je potřeba provést přepólování.

To se provádí jednoduše změnou směru proudu v cívce. Tuto úlohu přebírá sběrací kroužek (kolektor), který je spojený s cívkou a ke kterému jsou připojené oba kontakty s napájecím napětím.

Krátce předtím, než elektromagnet dosáhne své optimální orientace, proud se prostřednictvím sběracího kroužku vypne a hned nato se znovu zapne s opačnou polaritou (viz animace).

Se změnou směru proudu se přepóluje magnetické pole elektromagnetu. Proti sobě se tak ocitnou stejné magnetické póly, které se vší silou vzájemně odpuzují.

Kotva se točí dále, dokud se po čtvrtině otáčky odlišné magnetické póly znovu nepřitáhnou. Krátce před optimálním vyrovnáním se proud znovu přepóluje a proces začne znovu.

Poznámka: Směr otáčení

Směr otáčení motoru závisí na polaritě baterie (stejnosměrné napětí) na kluzných kontaktech. Pokud napětí přepólujeme, změní se i směr otáčení motoru. Rychlost otáčení závisí na velikosti provozního napětí. Čím vyšší je napětí, tím rychleji se motor otáčí. Ovšem nesmí dojít k překročení maximálního přípustného provozního napětí motoru.



Co je to stator elektromotoru?

Slovo Stator je odvozené z latinského „stare“, což znamená „klidně stát“. Jako stator se označuje nepohyblivá část elektromotoru.

Stator může být tvořen buď permanentním magnetem, nebo elektromagnetem.

V případě dvoupólových motorů je stator pevně spojený s vnějším pláštěm motoru. V případě motorů s rotačním pláštěm se stator nachází uvnitř motoru.

Plášť motoru (vlevo) s miskovitými magnety tvoří stator.



Co je to rotor elektromotoru?

Jako rotor nebo také kotva se označuje otáčející se část elektromotoru.

Rotor se skládá zpravidla z hřídele motoru, kotvy ze železného plechu, cívky s různými závity a sběracího kroužku pro přenos proudu. Kromě toho se na kotvu připevňují ještě lopatková kola, jimiž se motor za provozu chladí.

Alternativně lze namísto cívky rotoru použít také permanentní magnety kruhového tvaru. V takovém případě odpadají sběrací kroužek a kluzné kontakty. Cívka motoru je pak integrovaná ve statoru. Tyto bezkartáčové motory se s oblibou používají v modelářství, ovšem nelze je provozovat se stejnosměrným napětím.

Rotor 230V motoru z minivrtačky.



Co je to bubnová kotva?

Elektromotor s pouze 2pólovou kotvou by měl rozhodující nevýhodu. V poloze, kde dochází k přepólování cívky, nemají kontakty na sběracím kroužku po krátkou dobu žádné spojení s cívkou.

Jakmile dojde k vypnutí napájení, zůstávají 2pólové motory s oblibou stát přesně v této poloze. Příčinou je zbytkový magnetismus kotvy.

Jakmile se napájení znovu zapne, motor se nemůže rozběhnout. Proto se v praxi používají motory se třemi nebo více póly.

Tyto kotvy se také nazývají bubnové kotvy.

Nezáleží na tom, ve které poloze kotva stojí, jakmile se zapne napětí, proud protéká cívkami kotvy. Motor se díky tomu spolehlivě rozběhne.

Elektromotor s třípólovou kotvou.



 Jaká je funkce komutátoru u elektromotoru?

Protože se cívka kotvy v rotoru otáčí, nemůže být zvenčí pevně připojená. Kontakt zajišťuje sběrací kroužek. Sběrací kroužek na kotvě se nazývá také komutátor.

Prostřednictvím sběracího kroužku jsou cívky kotev napájeny proudem ve správném směru. Komutace má ovšem také rozhodující nevýhody. Podléhá opotřebení a na kluzných kontaktech vznikají jiskry.

Aby se tyto efekty při vyšších přenášených proudech udržely pokud možno na nízké úrovni, používají se kluzné kontakty, resp. uhlíky motoru z grafitu.

Ke grafitu se částečně přimíchávají kovové komponenty jako měď, molybden nebo stříbro.

Na komutátoru jsou stopy uhlíků motoru dobře patrné.



Co je to asynchronní motor s oběžným rotorem (kotvou)?

Výše zmíněné a vyobrazené elektromotory mají kotvu se závity vodiče a železným jádrem. Přesto, jak dobře funguje svazkování a zesilování magnetického pole za použití železného jádra, je zde potřeba počítat i s některými nevýhodami.

Neustálé magnetické přepólování vyžaduje energii a vytváří škodlivé vířivé proudy. Abychom se těmto vířivým proudům pokud možno vyhnuli, je železné jádro sestavené z jednotlivých elektricky vodivých plíšků, které jsou vzájemně elektricky izolované.

Protože je železné jádro zmagnetizované permanentním magnetem, vykazuje motor tzv. aretační nebo bezproudový moment. Aretační moment je dobře znatelný, když výkonný elektromotor s třípólovou bubnovou kotvou otáčíme rukou. Navíc zde kvůli nezanedbatelné hmotnosti železného jádra působí určitá setrvačnost při rozběhu motoru a při změně počtu otáček.

Řešení: Motor s kotvou, bez železného jádra


Asynchronní motor s oběžným rotorem (kotvou) bez železného jádra (coreless)

Naproti tomu u asynchronního motoru s oběžným rotorem se kotva skládá ze speciálně tvarované a samonosné cívky (8) bez železného jádra.

Přes kolektorovou desku (3) je cívka spojená s kolektorem (2) a hřídelí motoru (9).

Ve středu cívky se nachází permanentní magnet (10), u kterého slouží plášť motoru (4) jako magnetický uzávěr.

Díky této mechanické konstrukci má asynchronní motor s oběžným rotorem rozhodující výhody:

1) Připojovací deska  |  2) Kolektor  |  3) Kolektorová deska  |  4) Plášť motoru  |  5) Příruba motoru  |  6) Kuličkové ložisko  |  7) Uhlíkové kartáčky  |  8) Samonosná cívka  |  9) Hřídel motoru  |  10) Permanentní magnet


Výhody a nevýhody asynchronních motorů s oběžným rotorem (kotvou)

Nedochází ke ztrátám v jádře

Díky tomu, že se nepoužívá železné jádro, nedochází ke ztrátám v jádře. Díky tomu je také účinnost výrazně vyšší, což se odráží na nízkém proudu naprázdno. Točivý moment je proporcionální vůči proudu a lze použít extrémně silné permanentní magnety, protože chybí železné jádro, které by se jinak mohlo magneticky přesytit.


Žádný aretační/bezproudový moment

Protože chybí železné jádro, nemá motor ani aretační/bezproudový moment. To umožňuje hladký chod i při nízkých otáčkách. Při vysokých otáčkách způsobuje motor méně vibrací a vykazuje klidnější chod. Protože se motor navíc zastavuje v libovolné poloze, lze provádět jemnou regulaci.


Žádná setrvačnost

Díky velmi nízké hmotnosti kotvy v porovnání s běžným motorem se železným jádrem se může asynchronní motor s oběžným rotorem (kotvou) rozběhnout velmi rychle a dynamicky reaguje na změny otáček. Koncepce motoru navíc umožňuje kompaktní konstrukční provedení a vysoký točivý moment v poměru k velikosti motoru.


Nižší indukčnost

Díky chybějícímu železnému jádru je indukčnost asynchronního motoru s oběžným rotorem nižší, což omezuje tvorbu jisker. Tím se snižuje opotřebení a motor lze snáze odrušit.


Nízká termická zatížitelnost

Na druhé straně má asynchronní motor s oběžným rotorem (kotvou) také některá negativa. Například termická zatížitelnost kotvy není tak vysoká, protože se zde nepoužívá železné jádro, které by přebytečnou tepelnou energii absorbovalo.



Které druhy elektromotorů existují?

V současné době existují nejrůznější druhy elektrických motorů. Asi nejpodstatnější rozdíl mezi jednotlivými typy spočívá v jejich napájení. Přitom se již během konstrukce stanoví, zda bude motor napájen stejnosměrným proudem, střídavým proudem nebo třífázovým proudem.

Ale také vytvoření potřebného magnetického pole probíhá u příslušných motorů různým způsobem. Vedle silných permanentních magnetů se v závislosti na účelu použití využívají také elektromagnety. V nejjednodušším případě se přes železné jádro z plechových desek ovine měděný drát, čímž vznikne cívka, která vytváří potřebné magnetické pole.

Rozdíly mezi nejběžnějšími typy elektromotorů a různými konstrukčními tvary jsou podrobněji popsané v následujících kapitolách.



Čím se liší stejnosměrné a střídavé motory?

Jak už jsme zmínili, jsou stejnosměrné motory provozovány s permanentním magnetem jako statorem. Pokud se provozní napětí rotoru přepóluje, změní se směr otáčení motoru.

Střídavý motor se statorovým vinutím v horní oblasti.

Pokud by byl stejnosměrný motor provozován se střídavým napětím 50 Hz, nemůže rotor změnit směr otáčení 100krát za sekundu. V tomto případě by se rotor netočil, ale vydával by pouze bručení.

Aby k tomu nedocházelo, musí se magnetické pole statoru změnit ve stejném 50Hz rytmu jako rotor.

V praxi toho dosahujeme tak, že pro stator nepoužíváme permanentní magnet, ale paket tvořený proužky plechu, který je vybavený budicím vinutím. Magnetická pole statoru a rotoru se pak mění synchronně 100krát za sekundu, díky čemuž může motor běžet nepřetržitě v jednom směru.

Pokud je statorové vinutí a vinutí kotvy zapojené za sebou (zapojené do řady / sériové zapojení), označuje se motor jako sériový motor nebo hlavní sériový motor. Tyto typy motorů se používají u domácích spotřebičů, jako jsou mixéry nebo vysavače. Pokud je statorové vinutí a vinutí kotvy zapojené paralelně, označuje se motor také jako derivační motor.



Co je trojfázový motor?

Pokud je zapotřebí větší výkon, např. v průmyslu, při výrobě nebo u elektrických strojů, nejsou elektromotory napájeny střídavým napětím, ale trojfázovým střídavým proudem, zvaným také „trojfázový proud“. V praxi se nejlépe osvědčily rotory nakrátko (klecové rotory), protože neobsahují žádné opotřebitelné díly a mají extrémně snadnou údržbu.

Co přesně je trojfázový proud?

Při elektrickém napájení budov poskytuje dodavatel energie tři fáze (vodiče).

Pro elektroinstalace se využívá rozdíl napětí mezi jednou ze tří fází (L1, L2 nebo L3) a neutrálním vodičem (N). Napětí v tomto případě činí 230 V.

Protože jsou tyto tři fáze vzájemně časově posunuté o 120°, lze mezi fázemi naměřit rozdíl napětí 400 V.

Tři fáze L1, L2 a L3 jsou vzájemně posunuté o 120°.


Princip fungování trojfázového motoru

Pokud se tři drátěné cívky (SP1 až SP3) uspořádají do trojúhelníku a spojí se třemi fázemi, vytvářejí cívky magnetické pole, které se „otáčí“ v rytmu síťové frekvence.

Pak už je potřeba jen namontovat doprostřed cívek magnetický rotor, který bude „unášen“ otáčejícím se magnetickým polem.

Z tohoto důvodu se trojfázový motor obejde bez komutátoru, což výrazně zjednodušuje jeho konstrukci.

Také servisní a údržbářské práce se tím omezují na minimum.


Konstrukce trojfázového motoru

Rotor se skládá z hřídele (1) s okrouhlými a vzájemně izolovanými železnými lamelami (2). V rotoru je uložených více masivních kovových tyčí (na obrázku nejsou viditelné), které slouží jako vodiče proudu. Na obou stranách rotoru jsou kovové tyče vodivě spojené (vyzkratované) vždy s jednou kovovou deskou (3). Takto vytvořená Faradayova klec dala vzniknout označení rotor nakrátko nebo klecový rotor.

Magnetické pole statorových cívek (4) indukuje ve vodičích rotorové klece proud, který na své straně rovněž vytváří magnetické pole. Vzájemné ovlivňování magnetických polí způsobí, že se rotor začne otáčet.

Směr otáčení závisí na pořadí posunutí fází na vodičích a lze ho změnit záměnou dvou vodičů.

Rozložený trojfázový motor s vinutím kotvy a rotor.


Zapojení do hvězdy / do trojúhelníku

Z důvodu vysokého náběhového proudu se výkonné trojfázové motory spouštějí v zapojení do hvězdy (nákres A). Díky tomu jsou vždy dvě ze tří cívek (SP1 až SP3) uspořádané v sérii mezi fázemi. Když se motor dostane na požadované otáčky, následuje přepnutí na zapojení do trojúhelníku (nákres B), aby mohl motor odevzdat plný výkon.

Počet otáček závisí na síťové frekvenci a na počtu dvojic cívek. Motor se čtyřmi páry cívek má v souladu s níže uvedeným vzorcem pevný počet otáček 750 otáček (50 Hz x 60 sekund za minutu = 3 000 : 4 páry cívek) za minutu.

Schéma zapojení do hvězdy / do trojúhelníku.

Pokud je nutná regulace otáček, je potřeba použít frekvenční měniče. Frekvenční měniče mění pevnou frekvenci střídavého napětí v napájecí síti na variabilní frekvenci pro připojený motor. Protože rotor dobíhá magnetické pole statoru a není synchronní, jsou tyto motory nazývány také jako asynchronní motory. Naproti tomu u synchronního motoru se rotor otáčí synchronně s točivým polem statoru. Synchronní motory nicméně mají mnohem složitější konstrukci.



Co je reluktanční motor?

Reluktanční síla se označuje také jako Maxwellova síla. Je vždy nasměrovaná tak, aby se snižoval magnetický odpor a aby se zvyšovala indukčnost.

To lze nejlépe popsat na příkladu cívky (1) otevřeného obdélníkového tvaru (2) ze železných plíšků. Pokud cívkou protéká proud, cívka vytváří magnetické pole.

Siločáry magnetického pole (zakreslené červeně) jsou svazkovány a vedeny obdélníkovým železným jádrem.

Nicméně mezera v otevřeném obdélníku představuje nezanedbatelný magnetický odpor.


Využití reluktanční síly

Vyrovnání rotoru

Pokud se ale v mezeře nachází otočná část prstencového jádra (3), je uvedena do pohybu reluktanční silou (viz nákres A).


Vyrovnaný rotor

Část (3) se pak vyrovná tak, že se magnetický prstenec zavře a vznikne nejmenší možný odpor (viz nákres B).


Princip fungování reluktančního motoru

Reluktanční motor pracuje na přesně stejném principu. Vždy dva póly statoru tvoří otevřený prstenec magnetického jádra a dva póly rotoru fungují jako pohyblivá část, jíž se magnetický prstenec uzavírá.


Konstrukce reluktančního motoru

Reluktanční motor je zkonstruovaný podobně jako trojfázový motor. Ve vnější, pevné části (statoru) jsou umístěné závity cívky, které vytvářejí potřebné magnetické pole.

Nicméně rotor reluktančního motoru není dimenzovaný jako rotor nakrátko. Mnohem více se rotor vyrovnává podle magnetických siločar na pólech statoru.

Kromě toho sestává z mnoha na sebe navrstvených železných plíšků, které vykazují určitý tvar. Můstky z kovu slouží jako vodiče pro magnetický tok a meziprostory slouží jako nepřekonatelná bariéra pro magnetické siločáry.

Díky jednoduché konstrukci lze motor vyrobit lacino, a protože se v kotvě, resp. rotoru nenacházejí vodiče, nedochází také ke ztrátám ve vedení. Díky tomu může motor pracovat nanejvýš efektivně. Obzvláště v oblasti částečné zátěže vykazuje reluktanční motor mnohem vyšší stupeň účinnosti než běžné trojfázové motory s rotorem nakrátko.


Fungování reluktančního motoru

Abychom si mohli názorně vysvětlit princip fungování reluktančního motoru, uvádíme v tomto příkladu pouze 12 cívek/pólů ve statoru. V praxi se ovšem používá mnohem více cívek, takže jejich póly leží mnohem blíže vedle sebe. V takovém případě vedou magnetické siločáry také všechny můstky rotoru.

Cívky se stejnou barvou jsou vzájemně propojené a jsou vždy ovládány současně. Jakmile proud protéká modrými cívkami, vytvoří se na obrázku zakreslené magnetické pole (červené linie) podle směru vinutí cívek. Rotor se pak neodkladně vyrovná podle magnetických polí.

Pokud jsou modré cívky vypnuty a žluté cívky zapnuty, rotor se nově vyrovná a otočí se přitom o kousek ve směru hodinových ručiček. Totéž se stane, když se vypnou žluté cívky a zapnou zelené cívky.

V praxi následuje ovládání cívek za pomoci frekvenčního měniče. Směr otáčení rotoru a také rychlost točivého pole tak lze individuálně nastavit a ovládat. Protože se rotor vždy vyrovná podle magnetického pole, běží synchronně s točivým polem.

Reluktanční motory se používají pro ventilátory, čerpadla a pohony strojů. Další oblastí použití reluktančních motorů jsou elektromobily. V tomto případě se do rotoru vkládají ještě výkonnější permanentní magnety, aby se zvýšil točivý moment a efektivita. Tyto motory se pak označují jako hybridní motory a v malém provedení se po světě rozšířily jako krokové motory.



Co je kapacitní motor?

Kapacitní motor je střídavý motor, který je dimenzovaný pro menší výkony. Řadí se do skupiny asynchronních motorů a je napájen střídavým napětím 230 V. Konstrukce kapacitního motoru je založená na motoru s rotorem nakrátko s klecovým rotorem. Kapacitní motor má nicméně pouze jedno hlavní vinutí (SP1) a jedno mechanicky o 90° přesazené vedlejší vinutí (SP2). Aby se mohl rotor dát do pohybu, musí se nárůst napětí ve vedlejším vinutí uskutečnit s časovým posunem. Toho se dosahuje tak, že se kondenzátor (K) s pomocným vinutím zapojí do série. Jalový proud, který vzniká neustálým nabíjením různých stran kondenzátoru v rytmu 50 Hz, vytváří posunutí fází 90° v pomocném vinutí a s tím také naběhnutí motoru.

Připojení kapacitního motoru

Zapojení kapacitního motoru.


Příklad použití v kompresoru

Kondenzátor se nachází nad motorem.


Z důvodu zapojení obou cívek a kondenzátoru byl při výrobě motoru stanoven směr otáčení. Tento směr otáčení motor vždy zachová, nezávisle na tom, ve které poloze se síťová zásuvka zapojí do zásuvky.

Tip z praxe: Příčiny chyb

Kapacitní motory mají stejně robustní, jednoduchou konstrukci, která nevyžaduje údržbu, podobně jako trojfázové motory. Z tohoto důvodu je při elektrické poruše málokdy zasaženo vinutí motoru. Ve většině případů je příčinou poruchy kondenzátor. A nejlepší na tom je, že se u většiny motorů dají kondenzátory vyměnit bez velké námahy a s nízkými náklady.



Co je to brushless elektromotor?

Brushless elektromotory jsou v principu trojfázové motory, které se používají jako pohony ovládací techniky, jako pohony vozidel a také v oblasti modelářství. Protože motory nemají uhlíkové kartáče, nedochází ani k tvorbě jisker, což ruší dálková ovládání nebo řídicí elektroniku.

Motory rozlišujeme podle jejich konstrukce na dvoupólové motory a motory s rotačním pláštěm.

Dvoupólové motory

V případě dvoupólových motorů se statorová vinutí nacházejí vně v pevně namontovaném plášti. Rotor se skládá z válcového permanentního magnetu, který se otáčí kolem pláště.


Motory s rotačním pláštěm

U motorů s rotačním pláštěm je to přesně obráceně. Stator s cívkami představuje pevnou vnitřní část motoru. Plášť motoru s permanentními magnety na vnitřní straně je uložený otočně a obklopuje stator.


Z důvodu své konstrukce vykazují dvoupólové motory vysoké otáčky a spíše nízký točivý moment. Naproti tomu mají motory s rotačním pláštěm vysoký točivý moment, ale ne tak vysoké otáčky.

Aby mohly být brushless elektromotory efektivně využívány, jsou zapotřebí speciální kontroléry motoru, které ze stejnosměrného napětí hnacího akumulátoru vytvoří umělý trojfázový proud se třemi „fázemi“. V oblasti modelářství se k tomu používají speciální brushless regulátory otáček (ESC = Electronic Speed Controller). Informaci o tom, jak rychle má motor běžet, obdrží regulátor otáček z přijímače.

Chcete-li změnit směr otáčení, stačí, když jednoduše zaměníte dva ze tří vodičů.



Co je krokový motor?

Krokový motor je v zásadě brushless elektromotor, který má konstrukci dvoupólového motoru.

Na základě své konstrukce a ovládání je schopný uskutečňovat definované rotační pohyby (úhel kroku) 1,8 stupně nebo menší.

Krokové motory jsou napájeny stejnosměrným napětím, které musí být přiváděno na cívky motoru přesně stanoveným způsobem a v přesně stanoveném pořadí.

Z tohoto důvodu jsou krokové motory ovládány elektronicky. Krokové motory existují v různých konstrukčních tvarech:

Reluktanční krokový motor

U tohoto motoru rotor sestává z ozubeného měkkého železného jádra a uvnitř ozubeného statoru. Při zapnutí statorového proudu se rotor vyrovná vždy tak, aby se zuby rotoru a statoru nacházely naproti sobě, čímž vzniká nejmenší možný odpor pro magnetický tok.


Krokový motor s permanentním magnetem

V případě krokového motoru s permanentním magnetem sestává rotor ze silného magnetu, který se vyrovná podle magnetického pole statoru. V případě krokového motoru s permanentním magnetem je možný počet pólů omezený, což také vede k omezenému rozlišení kroků otáčení.


Hybridní krokové motory

hybridních krokových motorů se snoubí technika reluktančního motoru a krokového motoru s permanentním magnetem. To vede ke krokovému motoru se silným točivým momentemvysokým rozlišením kroků.


Způsob fungování krokových motorů

Bipolární krokový motordvě cívky, z nichž každá má dvě přípojky. Z tohoto důvodu mají bipolární krokové motory 4 připojovací kabely, které jsou vyvedené ven. V případě unipolárního krokového motoru mají obě cívky vždy ještě další vývody z vinutí, které jsou rovněž vedeny ven. Z tohoto důvodu mají unipolární krokové motory šest připojovacích kabelů.

V principu ale nehraje žádnou roli, zda jsou u bipolárního krokového motoru cívky přepólovány nebo zda je u unipolárního krokového motoru na jednotlivých stranách vždy polovina cívky napájena proudem. Obecný způsob fungování je vždy stejný.

Následující obrázek zachycuje způsob fungování unipolárního krokového motoru v plnokrokovém režimu, při němž proud protéká vždy dvěma cívkami (krok 1–4).

Krokový motor v plnokrokovém režimu

V uvedeném příkladu má motor čtyři póly a rotor dva póly, čímž při každém kroku dochází k otočení o 90°. Protože jsou proudem napájeny vždy dvě cívky současně, je točivý moment rotoru příslušně velký.

Krok 1


Krok 2


Krok 3


Krok 4


Krokový motor v polokrokovém režimu

polokrokovém režimu je mezi plnými kroky vždy jedna cívka odpojena. Při stejné konstrukci se tím počet kroků zdvojnásobuje. Nicméně je točivý moment u polovičních kroků nižší, protože je nižší i magnetická síla na rotor.

Krok 1


Krok 2


Krok 3


Krok 4


Krok 5


Krok 6


Krok 7


Krok 8


Konstrukce krokového motoru

Při odpovídající konstrukci je možné realizovat běžně dostupný krokový motor s např. 200 kroky na otáčku.

Výsledkem je úhel kroku 1,8° na krok.

Řízení krokového motoru přebírá mikrokontrolér, který řídí pořadí kroků podle požadavků aplikace.

Ovladač motoru přebírá spínací funkce statorových cívek a poskytuje potřebný proud.



Co je převodový motor?

Převodový motor sestává buď ze stejnosměrného, nebo střídavého motoru, na kterém je přírubou připojená převodovka. Díky převodovce se sníží počet otáček motoru a současně se zvýší točivý moment. Převodové motory se používají prioritně v transportní technice a ve strojírenství, kde jsou žádoucí pomalé pohyby a vysoký nástup síly. Ale také v modelářství, například jako hnací motory pro pásová vozidla, se používají převodové motory. Jako konstrukční tvary převodovky se přednostně používají planetové převodovky, šnekové převodovky nebo také převodovka s čelním ozubeným kolem.


Motor s planetovou převodovkou
 

Motory s planetovou převodovkou nemají přesazení mezi hřídelí motoru a výstupní hřídelí.



Motor se šnekovou převodovkou

V případě šnekové převodovky je pohon převodovky přesazený o 90° vůči hřídeli motoru.
 


Motor s čelním ozubeným převodem

Čelní ozubené převody mají jednoduchou konstrukci, jsou robustní a mají vysokou účinnost.
 


V závislosti na potřebném výkonu a účelu použití se u převodových motorů používají stejnosměrné motory, střídavé motory i trojfázové motory.



Oblasti použití elektromotorů