شرح انكودر موتور وأنواعه – Encoder Motor

في مجال الأنظمة الكهربائية (Electrical Systems)، يحتل انكودر موتور مكانًا أساسيًا. إنه جهاز معقد يحول الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية، ويجمع بين وظيفة المحرك الكهربائي والقدرة على توفير معلومات دقيقة عن سرعة الحركة وموضعها واتجاهها، وبالتالي يعمل على تشغيل مجموعة متنوعة من الآلات والأجهزة. تستكشف هذه المقالة بالتفصيل كيفية عمل محركات الانكودر وأنواع محركات التشفير ، والمكونات الأساسية ، والتطبيقات الشائعة لهذه الأجهزة الضرورية.

وظيفة انكودر موتور

يؤدي انكودر موتور وظيفتين رئيسيتين: تحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية وتوفير معلومات دقيقة حول سرعة الحركة وموضعها واتجاهها (movement’s speed, position, and direction). عندما يتم تطبيق جهد كهربائي على لفات المحرك، يتم إنشاء مجال مغناطيسي، والذي يولد قوة تقوم بتدوير الدوار. يمكن استخدام الحركة المتولدة على هذا النحو لدفع العديد من التطبيقات الصناعية والتكنولوجية.

أنواع محركات الانكودر

هناك عدة أنواع من (Encoders Motors Type) المستخدمة في الأنظمة الكهربائية. تعد محركات التيار المستمر والمحركات السائر والمحركات المتزامنة من بين أكثر المحركات شيوعًا. يقدم كل نوع من هذه الأنواع من المحركات خصائص ومزايا محددة، ومناسبة لمختلف التطبيقات الصناعية والتكنولوجية.

موتور التيار المباشر (DC)

تُستخدم محركات التيار المستمر على نطاق واسع نظرًا لبساطتها وسهولة التحكم فيها. وهي تتألف من جزء ثابت وجزء دوار، يتم تشغيله بواسطة تيار مباشر. غالبًا ما تكون محركات التيار المستمر مزودة بأجهزة استشعار للتشفير لقياس سرعة الدوار وموضعه.

Stepper Motors

يستخدم المحرك الخطوي عند الحاجة إلى حركات دقيقة ومضبوطة. وهي تعمل عن طريق تحريك الجزء المتحرك بزيادات تسمى خطوات. تُستخدم المحركات السائر بشكل شائع في الطابعات ، والروبوتات، ومعدات تحديد المواقع ، إلخ.

المحركات المتزامنة

تتم مزامنة المحركات المتزامنة مع تردد التيار المتردد المزود. غالبًا ما تستخدم في التطبيقات التي تتطلب تشغيلًا ثابتًا بسرعة، مثل الضواغط والمضخات والمراوح الصناعية (Industrial Fans).

المكونات الأساسية لمحرك الإنكودر

يتكون انكودر موتور من عدة مكونات أساسية تعمل بالتآزر لتحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية (Mechanical Motion). تتضمن بعض المكونات الرئيسية العضو الثابت والدوار والملفات وأجهزة استشعار الأنكودر. يلعب كل عنصر من هذه العناصر دورًا مهمًا في تشغيل المحرك من خلال توليد مجالات مغناطيسية، مما يسمح بحركة الدوار وتوفير معلومات دقيقة عن سرعة وموضع المحرك.

• الجزء الثابت (Stator): الجزء الثابت من المحرك ويتكون من ملفات ملفوفة حول قلب مغناطيسي. تولد الملفات مجالًا مغناطيسيًا (Magnetic field) يتفاعل مع الدوار لإنتاج الحركة.

• الدوار (Rotating Rotor): الدوار أو (Rotary) هو الجزء المتحرك من المحرك الذي يدور استجابة للحقل المغناطيسي الناتج عن الجزء الثابت. اعتمادًا على نوع المحرك ، يمكن أن يكون الدوار مصنوعًا من مغناطيس دائم (Permanent Magnets) أو لفائف ملف.

• اللفات: عبارة عن أسلاك موصلة ملفوفة حول الجزء الثابت أو الدوار. عندما يمر التيار الكهربائي عبر هذه الملفات ، فإنها تخلق مجالات مغناطيسية تولد حركة الدوار.

• مستشعرات الانكودر (Sensors): هي أجهزة تستخدم لقياس سرعة وموقع واتجاه دوران الدوار (Rotation of Rotor). إنها توفر معلومات دقيقة حول حركة المحرك ، مما يسمح بالتحكم الدقيق في أدائه.

عمود المحرك – Encoder Motor Shaft

عادة ما يتم توصيل عمود المحرك ميكانيكيًا بدوار المحرك. أثناء دوران المحرك ، ينقل عمود المحرك هذه الحركة إلى المشفر ، والذي يستخدم حساسات داخلية لقياس التغيرات في موضع الدوار أو سرعته. ثم يتم تحويل هذه المعلومات إلى إشارات كهربائية (Electrical Signals) يمكن استخدامها للتحكم في المحرك أو التطبيقات الأخرى التي تتطلب ردود فعل دقيقة (Precise feedback).

يجب أن يكون عمود محرك جهاز التشفير قويًا ودقيقًا لضمان نقل موثوق للحركة إلى جهاز التشفير. إنه مصمم بشكل عام لتحمل القوى والأحمال التي قد يتعرض لها المحرك أثناء التشغيل.

مبادئ التشغيل والتحكم في محركات الانكودر

يعتمد التشغيل الأساسي للإنكودر موتور على مبادئ التفاعل بين المجال المغناطيسي والتيارات الكهربائية. فيما يلي شرح مبسط لكيفية عملها:

– التفاعل بين الجزء الثابت والدوار: يحتوي الجزء الثابت لمحرك المشفر على ملفات كهربائية ، يتم تشغيلها بشكل عام بواسطة التيار المتردد أو المباشر. تخلق هذه الملفات مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا أو دوارًا. من ناحية أخرى ، يكون الدوار مزودًا بمغناطيس دائم (Permanent Magnet) أو لفائف. عندما يتدفق التيار الكهربائي عبر الجزء الثابت ، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا يتفاعل مع المجال المغناطيسي للعضو الدوار ، مما يتسبب في الحركة.

يتم استخدام عدة مبادئ للتحكم في محرك الانكودر، نذكر منها:

التحكم في السرعة

ينظم التحكم في السرعة سرعة دوران المحرك. يمكن تحقيق ذلك عن طريق تعديل الجهد الكهربائي (Electric voltage) أو التيار المطبق على لفات الجزء الثابت، مما يغير القوة المغناطيسية التي تمارس على الجزء المتحرك.

التحكم في الموضع – Position control

يتضمن التحكم في الموضع تحديد الموضع الدقيق للعضو الدوار والحفاظ عليه. تكتشف مستشعرات الانكودر الوضع الحالي للدوار وتوفر معلومات في الوقت الفعلي (Real-Time). ثم يتم استخدام هذه المعلومات لضبط الإشارات الكهربائية المطبقة على لفات الجزء الثابت ، وبالتالي تحقيق والحفاظ على موضع معين.

التحكم في عزم الدوران 

يستخدم التحكم في عزم الدوران (Torque) لتنظيم قوة الدوران المطبقة بواسطة المحرك. يتضمن قياس والتحكم في التيار الكهربائي في لفات الجزء الثابت من أجل ضبط عزم الدوران الناتج عن المحرك.

هناك طريقتان شائعتان من تقنيات التحكم هما التحكم في الحلقة المفتوحة والتحكم في الحلقة المغلقة.

– التحكم في الحلقة المفتوحة: في (Closed Loop Control)، يتم التحكم في المحرك وفقًا لإشارات محددة مسبقًا. تستند الأوامر إلى حسابات نظرية ولا تأخذ في الاعتبار ظروف المحرك الفعلية. هذه الطريقة بسيطة ولكنها قد تكون أقل دقة من حيث تنظيم السرعة والموضع وعزم الدوران.

– التحكم في الحلقة المغلقة: يستخدم (Open Loop Control) معلومات من مستشعرات الانكودر  لقياس أداء المحرك وضبطه في الوقت الفعلي. تتم مقارنة معلومات التغذية الراجعة من المستشعرات بنقاط الضبط، ويتم إجراء التصحيحات لتحقيق أهداف السرعة والموضع وعزم الدوران المطلوبة. توفر هذه الطريقة دقة أكبر وقدرة أفضل على التكيف مع ظروف المحرك الفعلية.

تطبيقات انكودر موتور

تُستخدم محركات الإنكودر على نطاق واسع وفي العديد من التطبيقات الصناعية والتكنولوجية نظرًا لقدرتها على توفير تحكم دقيق في السرعة والموضع والحركة. فيما يلي بعض المجالات التي يعتمد فيها على انكودر موتور:

• الآلات الصناعية: يعد محرك الإنكودر ضروريا في العديد من المعدات الصناعية، مثل الروبوتات الصناعية والطابعات وآلات التصنيع الآلية. إنها تسمح بالحركة الدقيقة والمتكررة، مما يساهم في إنتاج فعال وعالي الجودة.

• السيارات الكهربائية: تستخدم محركات الانكودر في المركبات الكهربائية والدراجات الكهربائية والطائرات بدون طيار. إنها توفر إدارة دقيقة للطاقة والحركة (Power and Motion)، مما يسمح بالتحكم الأمثل في السرعة والتسارع والتباطؤ.

أعراض فشل محرك الإنكودر

عندما يواجه انكودر موتور مشاكل أو يفشل، يمكن أن تحدث عدة أعراض، مما يشير إلى وجود عطل أو فشل في المحرك. أحد أكثر الأعراض شيوعًا هو حركة الموتور غير المنتظمة. قد تلاحظ حركة متشنجة أو غير متوقعة أو غير متسقة حيث يفشل المحرك في الحفاظ على السرعة أو الوضع المطلوب باستمرار.

علامة أخرى على وجود خلل هو خطأ في تحديد المواقع. قد يكافح محرك الانكودر للحفاظ على موضع دقيق ، مما يؤدي إلى انحرافات كبيرة عن الموضع المستهدف أو عدم القدرة على التوقف بدقة في الموضع المطلوب.

يمكن أيضًا ملاحظة تغيرات غير طبيعية أو غير مستقرة في السرعة. قد يسرع المحرك أو يبطئ بشكل غير متوقع، يعني أنه يفشل في الحفاظ على سرعة ثابتة، أو يستجيب بشكل غير صحيح لأوامر السرعة. قد يكون هذا ناتجًا عن عطل في برنامج الإنكودر أو مشاكل تتعلق بردود الفعل على السرعة.

ملاحظات

– يمكن أن يكون فقدان الطاقة أو عزم الدوران أيضًا أحد أعراض فشل محرك الانكودر. قد يكافح المحرك لتوليد الطاقة اللازمة للتعامل مع الأحمال أو قد يظهر ضعفًا عامًا في تشغيله.

– يمكن أن تشير الضوضاء غير العادية مثل الطحن أو الخشخشة أو الاهتزاز المفرط إلى حدوث خلل ميكانيكي أو كهربائي في محرك التشفير.

– من المهم ملاحظة أن هذه الأعراض يمكن أن تكون ناجمة عن أسباب مختلفة، ومن الضروري الاستعانة بأخصائي مختص للمساعدة في تشخيص مشاكل الانكودر موتور وحلها. سيكون من الضروري إجراء فحص شامل واختبارات مناسبة لتحديد مصدر الخلل واتخاذ إجراءات الصيانة اللازمة.

خاتمة

يلعب انكودر موتور دورًا حيويًا في العديد من التطبيقات الصناعية والتكنولوجية. إنها تمكن من تحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية مع توفير معلومات دقيقة حول سرعة وموضع واتجاه الحركة. بفضل قدرتها على تقديم ردود فعل في الوقت الفعلي، توفر محركات الانكودر تحكمًا دقيقًا وموثوقًا في الحركة. استخدامها شائع في الآلات الصناعية والسيارات الكهربائية وأنظمة تحديد المواقع والملاحة. وبالتالي يساهم محرك الإنكودر في تحسين أداء ودقة واستقرار التطبيقات التي يتم دمجها فيها.