Reluktansmotor

Reluktansmotor er en elektrisk motor som induserer ikke-permanente poler i den ferromagnetiske rotoren via viklinger i statoren. Dreiemomentet i motoren oppstår pga. fenomenet magnetisk reluktans, derav navnet. Alle stator-polene er utpregede elektromagneter og det er kun disse som har spoler.

En svitsjet reluktansmotor med pol-konfigurasjon 6-4

Når det går strøm i en spole rundt en av stator-polene vil det oppstå et dreiemoment i rotoren. Dreiemomentet virker i den retningen som reduserer den magnetiske reluktansen (magnetisk motstand). Den rotor-polen som er nærmest den aktiverte stator-polen vil da rette seg opp i en posisjon som gir kortest mulig vei for de magnetiske feltlinjene, slik som de vertikale polene i figuren til høyre. Ved å sekvensielt aktivere stator-polene vil man få rotoren til å rotere og sette opp et konstant dreiemoment.

Reluktansmotoren til høyre er en tre-faset svitsjet reluktansmotor, med en fase per stator-polpar.

Motoren er særlig utsatt for moment-rippel (momentpulsering) forårsaket av varierende reluktans avhengig av relativ rotor-posisjon. Den varierende reluktansen gir store forskjeller mellom lavt og høyt dreiemoment og dermed en ustabil moment-kurve. Dette kan løses med sensorer, elektronikk og algoritmer som overvåker rotorposisjonen og former en strømkurve som motvirker moment-rippelet. Rotoren følger strømfrekvensen og for å kontrollere hastigheten til motoren brukes en frekvensomformer.

Historie

Prinsippet som driver en reluktansmotor har vært kjent helt siden de første elektromagnetiske eksperimentene tidlig i det 19. århundre. I 1838 fikk Amerikaneren William H. Taylor patent på en nyutviklet elektromotor. Motoren bestod av en rotor av treverk med 7 jernplater jevnt fordelt over periferien. Statoren bestod av 4 elektromagneter koblet til et batteri. En mekanisk bryter sørget for sekvensiell aktivering av elektromagnetene slik at magnetfeltet roterte konstant. På akkurat samme tid, mellom 1837 og 1842, utviklet skotten Robert Davidson elektriske lokomotiv med motorer basert på samme prinsipp som Taylor. Davidsons motorer bestod av to elektromagneter på statoren og en trerotor med 3 jernplater jevnt fordelt på overflaten, nær identisk med Taylors motor. Davidson brukte 5 av sine motorer til å drive et tog på 5 tonn, hvor motorene fikk strøm av et batteri. Begge motorene brukte kommutatorer på rotorakslingen for å skape det pulserende magnetfeltet. Selv om Taylor og Davidsons motorer var nært sagt identiske visste de verken om hverandre eller om at en annen utviklet den samme teknologien.^{[trenger referanse]}

På denne tiden hadde man ikke avansert elektronikk og sensorer, og reguleringsteorien var lite utviklet. Det var derfor vanskelig å mate elektromagnetene med en strømkurve som kunne motvirke moment-rippel. Taylor og Davidsons motorteknologier var rett og slett forut for sin tid. Dette gjorde at reluktansmotoren ikke kunne hevde seg mot induksjonsmotoren og synkronmotoren.

Først på slutten av det 20. århundret fikk man tilgang til billig elektronikk som gjorde det mulig å lage sensorer og mikroprosessorer som kunne overvåke rotorposisjonen, og forme strømkurver slik at moment-pulseringen kunne motvirkes. Dette har gjort særlig den svitsjede reluktansmotoren til et yndet forskerobjekt med fornyet potensial.

Forskjellige fremdriftstyper

• 
• 

Fordeler og ulemper

Fordeler

• Kan levere høyt dreiemoment i forhold til vekten
• Konstruksjonen er relativt enkel og materialene er billige (bruker ikke permanentmagnet-materialer slik som neodym)
• Motoren er enkel å produsere, statorviklingene kan skyves på polene og rotoren er kun laminerte stålplater.
• Rotoren trenger ingen likestrøm-tilførsel for å sette opp et magnetfelt. Man unngår dermed bruken av mekaniske slitedeler som børster, sleperinger og kommutator
• Rotoren har ingen viklinger og man unngår dermed kobbertap (P = I²·R)
• Konstruksjonen er solid og enkel og tåler tøff behandling
• Motoren er meget effektiv, ofte i øvre 90 %

Ulemper

• Luftgapet mellom rotor og stator må være veldig lite for å flest mulig feltlinjer igjennom rotoren, ofte er luftgapet <0,5 mm. Dette krever høy toleranse og nøye konstruksjon av rotor og stator.
• Pga. den store forskjellen mellom maksimalt og minimalt moment per vridning vil det oppstå moment-rippel i motoren. Dette gjelder i hovedsak for lave hastigheter, da treghetsmomentet i rotoren vil kansellere effekten i høyere hastigheter. Dette må motvirkes med elektronikk og økning av antall poler
• Motoren bråker mye pga. moment-rippel

Reluktansmotortyper

Det finnes flere forskjellige typer reluktansmotorer, her er hovedtypene:

Synkron-reluktansmotor (SynRM)

SynRM er i utgangspunktet en induksjonsmotor hvor kun rotoren har blitt endret, statoren er helt lik. Motoren starter som en induksjonsmotor, men når hastigheten nærmer seg synkronhastighet vil den virke som en reluktansmotor. Den vil da, til forskjell fra en induksjonsmotor (asynkronmotor), løpe med synkronhastigheten, og man unngår dermed sakking (lavere rotasjonshastighet på rotor en på stator-magnetfelt) og tap forbundet med dette. Statoren har til forskjell fra svitsjet og variabel reluktansmotor ikke utpregede poler, men glatte poler som i en induksjonmotor.

De nyeste synkron-reluktansmotorene benytter seg av fluks-barrierer i rotoren for å lettere kontrollere feltlinjene. Rotoren er glatt og man vil dermed minske luftmotstand under rotasjon, men på grunn av fluks-barrierene vil feltlinjene bli guidet igjennom lengdeaksen. Det er særlig ABB som pionerer på denne teknologien.

Svitsjet reluktansmotor (SRM)

I en SRM har både statoren og rotoren utpregede poler, og det er som regel færre poler i rotoren enn i statoren. Ved ulikt pol-antall unngår man at alle polene stiller seg i en slik posisjon at alle stator-rotor polvinkler er 0 grader, dette er en posisjon som ikke gir dreiemoment og låser motoren. Motoren er avhengig av sensorer og elektronikk som overvåker rotor-posisjonen slik at momentvinkelen blir maksimale 90 grader.

Den svitsjede reluktansmotoren er ikke avhengig av en sinuskurve og er derfor ikke utsatt for problemer med overharmoniske frekvenser. Dette gjør at motoren har et meget bredt frekvensbånd og dermed er det enkelt å endre hastigheten.

Se også

• Elektromagnetisme