Silniki elektryczne zastosowanie znajdują zarówno w sprzęcie codziennego użytku, jak i automatyce, robotyce i w zaawansowanych maszynach przemysłowych. Dowiedz się więcej o tym, kiedy powstały i w jaki sposób energia elektryczna zamieniana jest na energię mechaniczną. 

Silniki elektryczne używane są w mechanizmach drzwi automatycznych, szlabanów, wind i schodów ruchomych. Znajdziesz je również w małych urządzeniach codziennego użytku: maszynkach, trymerach i elektrycznych szczoteczkach do zębów. Znajdują się w każdym pojeździe spalinowym – pełnią funkcję rozrusznika, który umożliwia uruchomienie silnika spalinowego. Dzięki coraz lepszym parametrom stosowanych baterii, od kilku lat na rynku pojawia się coraz więcej pojazdów drogowych zasilanych silnikiem elektrycznym – samochodów, motocykli, skuterów, a także hulajnóg i rowerów elektrycznych.

Silniki elektryczne od wielu lat stosowane są w przemyśle jako napęd specjalistycznych maszyn: wyciągarek, przenośników, podnośników, pomp lub wentylatorów. Aż ⅔ energii elektrycznej wykorzystywanej przez sektor przemysłu, jest zużywana właśnie na zasilanie silników elektrycznych.

Kto wynalazł silnik elektryczny?

Bezpośrednim początkiem powstania silników elektrycznych były doświadczenia Michaela Faradaya, który w 1831 roku zaprojektował urządzenie zamieniające elektryczność na ruch mechaniczny. Jeden koniec drutu zanurzył w naczyniu wypełnionym rtęcią, a pośrodku umieścił magnes sztabkowy. Po podłączeniu baterii drut był wprawiany w ruch obrotowy wokół magnesu. Na podstawie tych doświadczeń, w 1822 roku angielski fizyk i matematyk Peter Barlow stworzył pierwszy prototyp silnika elektrycznego, który później nazwano Kołem Barlowa. W 1837 roku Thomas Davenport skonstruował i jego pierwszy opatentował swój silnik elektryczny, który na początku został wykorzystany do zasilania zabawkowej kolejki elektrycznej, wiertarki i tokarki do drewna. Kilka lat później Davenport zaprojektował większy silnik elektryczny, który zasilił rotacyjną prasę drukarską. Pierwszy miniaturowy silnik elektryczny zbudował Thomas Alva Edison w 1880 roku. Został on wykorzystany w elektrycznym piórze, które służyło do powielania dokumentów.

Jak działa silnik elektryczny?

Rolą silnika elektrycznego jest zamiana energii elektrycznej na mechaniczną. Prąd dostarczany do silnika wprawia go w ruch. Podziału silników elektrycznych można dokonać ze względu na rodzaj napięcia zasilającego. Wyróżniamy silniki elektryczne prądu stałego, silniki elektryczne prądu zmiennego i silniki uniwersalne.

W skład najprostszego silnika prądu stałego wchodzą:

• szczotki – dostarczają prąd do silnika,
• komutatory – zmieniają kierunek prądu w ramce, dzięki czemu możliwy jest dalszy obrót ramki w jedną stronę.
• magnesy – wytwarzają pole magnetyczne, które wprawia ramkę w ruch,
• wirnik (ramka) – to część silnika, która jest wprawiana w ruch.

Ponieważ magnesy zwrócone są do siebie przeciwnymi biegunami, między nimi wytwarza się pole magnetyczne. Między nimi znajduje się też wirnik, który może się swobodnie obracać. Jest on podłączony do źródła prądu przez komutator i szczotki. Siły oddziaływujące na ramkę sprawiają, że powstaje moment obrotowy. Zadaniem komutatorów jest m.in. zmiana kierunku przepływu prądu przez ramkę, dzięki czemu możliwy jest dalszy obrót w jedną stronę.

Podstawowymi parametrami silników elektrycznych jest prędkość obrotowa i moment obrotowy. Są one zależne od odpowiednio dobranego uzwojenia, zastosowanych sterowników elektronicznych lub przekładni mechanicznych.

Silniki komutatorowe (szczotkowe) mogą być zasilanie prądem stałym lub zmiennym.

Drugim rodzajem silników elektrycznych są silniki bezszczotkowe (BLDC), które nie posiadają szczotek i komutatora, a więc elementów, które zużywają się i generują hałas. Do podstawowych części takiego silnika należy wirnik i stojan. Moment obrotowy generowany jest przez współdziałanie pola magnetycznego wirnika i stojana. Rozwijany moment obrotowy wpływa na gabaryty i ciężar silnika bezszczotkowego – maszyny szybkoobrotowe są znacznie mniejsze, a także lżejsze od urządzeń wolnoobrotowych.

Do największych zalet silników BLDC należy:

• prosta budowa,
• niskie koszty eksploatacji, brak zużywających się części,
• duża sprawność,
• duży stosunek momentu do masy silnika,
• prosty układ sterowania,
• cicha praca,
• wysoki moment rozruchowy,
• dokładna regulacja prędkości.

Do wad silników bezszczotkowych zaliczane są przede wszystkim wyższe koszty zakupu.

Popularnym rodzajem napędów elektrycznych są też silniki krokowe (nazywane też silnikami skokowymi). W tym przypadku wirnik nie obraca się ruchem ciągłym, za to wykonuje ruch obrotowy pod konkretnym kątem. Silniki krokowe sprawdzają się w zastosowania, w których konieczne jest precyzyjne sterowanie ruchem (sterowanie kątem, prędkością, pozycją lub synchronizmem), m.in. w automatyce, robotyce i sprzęcie elektronicznym (drukarki atramentowe, napędy CD/DVD). Aktualnie stosuje się je w wielu urządzeniach codziennego użytku.

Konkurencją dla silników krokowych są serwonapędy. Silniki krokowe sprawdzają się w zastosowaniach, w których wymagana jest praca z prędkością maksymalnie do 1000 obrotów na minutę. Przy wyższych prędkościach gwałtownie spada moment obrotowy takich konstrukcji. W przypadku zastosowań, gdzie wymagane są znacznie większe prędkości, najczęściej stosuje się silniki serwo.

Ultra Robotics od ponad 15 lat dostarcza rozwiązania napędowe do robotyki, intralogistyki, automatyki magazynowej, obrabiarek sterowanych numerycznie i innych precyzyjnych układów, które wykorzystują bezluzową technikę napędową.

Masz pytania? Skorzystaj z zakładki kontakt  – nasi specjaliści pomogą Ci wybrać rozwiązanie najlepiej dopasowane do Twoich potrzeb.