מנועים מייצרים מומנט וסיבוב באמצעות אינטראקציה של שדות מגנטיים ברוטור ובסטטור. במנוע אידיאלי - עם רכיבים מכניים המעובדים ומורכבים בצורה מושלמת ושדות חשמליים שנבנים ודועכים באופן מיידי - תפוקת המומנט תהיה חלקה לחלוטין, ללא שינויים. אבל בעולם האמיתי, ישנם מגוון גורמים הגורמים לחוסר עקביות בתפוקת המומנט - גם אם רק בכמות קטנה. תנודה תקופתית זו במומנט המוצא של מנוע מופעל מכונה אדוות מומנט.
מבחינה מתמטית, אדוות מומנט מוגדרת כהפרש בין המומנט המקסימלי למינימלי המופק במהלך סיבוב מכני אחד של המנוע, מחולק במומנט הממוצע המופק במהלך סיבוב אחד, מבוטא באחוזים.
ביישומי תנועה ליניארית, ההשפעה העיקרית של אדוות מומנט היא שהיא גורמת לתנועה לא עקבית. ומכיוון שמומנט מנוע נדרש כדי להאיץ ציר למהירות מוגדרת, אדוות מומנט יכולה לגרום לאדוות מהירות, או תנועה "קופצת". ביישומים כגון עיבוד שבבי ודיפוס, תנועה לא עקבית זו יכולה להיות בעלת השפעה משמעותית על התהליך או המוצר הסופי - כגון שינויים גלויים בדפוסי העיבוד או בעובי הדבקים המופצים. ביישומים אחרים, כגון איסוף והצבה, אדוות המומנט וחלקות התנועה לא בהכרח מהוות בעיית ביצועים קריטית. כלומר, אלא אם כן החספוס חמור מספיק כדי לגרום לרעידות או רעש נשמע - במיוחד אם הרעידות מעוררות תהודות בחלקים אחרים של המערכת.
כמות אדוות המומנט שמייצר מנוע תלויה בשני גורמים עיקריים: מבנה המנוע ושיטת הבקרה שלו.
מבנה המנוע ומומנט הקוגינג
מנועים המשתמשים במגנטים קבועים ברוטורים שלהם - כגון מנועי DC ללא מברשות, מנועי צעד ומנועי AC סינכרוניים - חווים תופעה המכונה קוגינג, או מומנט קוגינג. מומנט קוגינג (המכונה לעתים קרובות מומנט דנט בהקשר של מנועי צעד) נגרם על ידי משיכת הרוטור ושיני הסטטור במיקומים מסוימים של הרוטור.
למרות שבדרך כלל מדובר ב"חריצים" שניתן לחוש בהם כאשר מנוע שאינו מופעל מסובב ידנית, מומנט גלגל השיניים קיים גם כאשר המנוע מופעל, ובמקרה זה הוא תורם לאדוות המומנט של המנוע, במיוחד במהלך פעולה במהירות איטית.
ישנן דרכים להפחית את מומנט הקוגינג ואת ייצור המומנט הלא אחיד הנובע ממנו - על ידי אופטימיזציה של מספר הקטבים והחריצים המגנטיים, ועל ידי הטיה או עיצוב המגנטים והחריצים כדי ליצור חפיפה ממצב מעצור אחד למשנהו. וסוג חדש יותר של מנוע DC ללא מברשות - העיצוב ללא חריצים, או ללא ליבה - מבטל את מומנט הקוגינג (אם כי לא את אדוות המומנט) באמצעות שימוש בליבת סטטור מלופפת, כך שאין שיניים בסטטור שיוצרות כוחות משיכה ודחייה מחזוריים עם מגנטי הרוטור.
קומוטציה של המנוע ואדוות מומנט
מנועי DC ללא מברשות בעלי מגנט קבוע (BLDC) ומנועי AC סינכרוניים נבדלים לעיתים קרובות על ידי אופן ליפוף הסטטורים שלהם ושיטת הקומוטציה בה הם משתמשים. למנועי AC סינכרוניים בעלי מגנט קבוע יש סטטורים מלופפים סינוסואידליים ומשתמשים בקומוטציה סינוסואידלית. משמעות הדבר היא שהזרם למנוע נשלט באופן רציף, כך שמומנט היציאה נשאר קבוע מאוד עם אדוות מומנט נמוכה.
עבור יישומי בקרת תנועה, מנועי AC בעלי מגנט קבוע (PMAC) עשויים להשתמש בשיטת בקרה מתקדמת יותר המכונה בקרה מוכוונת שדה (FOC). בבקרה מוכוונת שדה, הזרם בכל סליל נמדד ומבוקר באופן עצמאי, כך שאדוות המומנט מצטמצמות עוד יותר. בשיטה זו, רוחב הפס של לולאת בקרת הזרם והרזולוציה של התקן המשוב משפיעים גם על איכות ייצור המומנט וכמות אדוות המומנט. ואלגוריתמים מתקדמים של הנעת סרוו יכולים להפחית עוד יותר או אפילו לבטל את אדוות המומנט עבור יישומים רגישים ביותר.
בניגוד למנועי PMAC, למנועי DC ללא מברשות יש סטטורים מלופפים בצורה טרפזית ובדרך כלל משתמשים בקומוטציה טרפזית. בקומוטציה טרפזית, שלושה חיישני הול מספקים מידע על מיקום הרוטור כל 60 מעלות חשמליות. משמעות הדבר היא שזרם מופעל על הסלילים בצורת גל ריבועית, עם שישה "צעדים" לכל מחזור חשמלי של המנוע. אבל הזרם בסלילים אינו יכול לעלות (או לרדת) באופן מיידי עקב ההשראות של הסלילים, ולכן מתרחשים שינויים במומנט בכל שלב, או כל 60 מעלות חשמליות.
מכיוון שתדירות אדוות המומנט פרופורציונלית למהירות הסיבוב של המנוע, במהירויות גבוהות יותר, אינרציית המנוע והעומס יכולים לשמש להחליקת השפעות המומנט הלא עקבי הזה. שיטות מכניות להפחתת אדוות המומנט במנועי BLDC כוללות הגדלת מספר הסלילים בסטטור או מספר הקטבים ברוטור. ומנועי BLDC - כמו מנועי PMAC - יכולים להשתמש בבקרה סינוסואידלית או אפילו בבקרה מוכוונת שדה כדי לשפר את החלקות של ייצור המומנט, אם כי שיטות אלו מגדילות את עלות המערכת ואת מורכבותה.
זמן פרסום: 21 במרץ 2022