סוגי מנועים בבקרת תנועה

ייתכן שלא ניצור מנועים ב ADVANCED בקרות תנועה, אבל אנחנו עובדים איתם כל יום ובונים כונני סרוו כדי לגרום להם לפעול, אז אפשר לומר שאנחנו יודעים עליהם דבר או שניים. אנו גאים מאוד ביכולת לשרת כל יישום, וזה אומר שיש לנו כונן כמעט לכל סוג של מנוע שאתה יכול למצוא. אילו סוגי מנועים קיימים ואיפה משתמשים בהם?

מנועי סרוו

באופן כללי, כל מנועי הסרוו נופלים תחת המטריה של מנועי מגנט קבוע, אשר יש להם מגנטים קבועים גם בסטטור (החלק שנשאר דומם) וגם ברוטור (החלק שמסתובב באמצע הסטטור). עם זאת, עם הזמן, הגבולות של מה הוא מנוע סרוו ומה לא היטשטשו מעט. אי בהירות זו נובעת בחלקה מהשימושים המורחבים של כונני סרוו מעבר לשליטת סרוו.

לפני עשרות שנים, כונני סרוו לא עשו יותר מאשר להגביר אות פקודה, ומכאן שמם החלופי, מגברי סרוו. ככל שהתפתחה טכנולוגיית בקרת התנועה, מהנדסים גילו שניתן לשנות ולהגדיר מגברי סרוו לשלוט בסוגי מנועים אחרים באותו אופן שבו הם שולטים במנועי סרוו. כונני הסרוו של היום הם הרבה יותר צדדיים וניתן להגדיר אותם בקלות עבור מגוון רחב של סוגי מנועים, אך עדיין לשמור "סרוו" בכותרת שלהם.

מנועי סרוו משמשים במיליוני יישומים, החל מכלי רכב המופעלים מרחוק, למכונות כרסום CNC ועד לרובוטים כירורגיים. מנועי סרוו פופולריים ממספר סיבות, כולל יעילות ההספק והגודל הקטן שלהם. אבל הכי חשוב, הם יכולים להציע שליטה מדויקת מאוד כאשר יש להם התקן משוב וכונן סרוו.  ADVANCED הכוננים של Motion Controls מסוגלים לשלוט כמעט בכל מנוע סרוו שאתה יכול למצוא.

DC מוברש (חד פאזי)

מנועי DC מוברש הם אולי סוג המנוע הפשוט ביותר שקיים. יש לך מגנטים קבועים קבועים בסטטור וסלילי תיל עם לולאות ברוטור. כאשר זרם חשמלי עובר דרך הסלילים, השדה המגנטי יוצר כוח שגורם לתנועת הרוטור. השאלה היא איך מקבלים כל הזמן זרם DC לחפץ מסתובב בלי שהחוטים מסתבכים? התשובה היא מברשות מוליכות ומקומוט.

הקומוטטור הוא חלק עגול עם נקודות מגע מתכתיות המחוברות לכל אחת מלולאות הסליל של הרוטור. המברשות המוליכות אינן כמו מברשות שיער; הם בדרך כלל חלקים של תערובת גרפיט שטעונים קפיצים כדי ליצור מגע חשמלי עם הקומוטטור של המנוע בזמן שהוא מסתובב כדי לספק את הזרם החשמלי. הם מציעים ביצועים מעולים במחיר חסכוני. עם זאת חסרון אחד הוא המגע הפיזי בין המברשות לקומוטטור יוצר חיכוך, אשר שוחק את המברשות ויוצר הרבה חלקיקי אבק לאורך זמן. בשל כך, מנועים מוברשים רגישים יותר לעלויות תחזוקה לאורך תקופה ארוכה מאשר עמיתיהם חסרי המברשת, למרות עלויות ראשוניות נמוכות יותר. עבור יישומים בעלות נמוכה, יישומים קצרי חיים, או יישומים שבהם המנוע נגיש בקלות לתיקון או החלפה, אז מנוע מוברש DC יכול לעשות את העבודה.

בקרת מנוע סרוו היא המשחק שלנו, וזו הסיבה שכל אחד ADVANCED כונן סרוו Motion Controls יכול להפעיל מנוע DC מוברש, בתנאי שהוא בטווח ההספק המתאים כמובן.

DC ללא מברשות (תלת פאזי)

מנועים ללא מברשות נוקטים בגישה ההפוכה כמו מנועים מוברשים. הם שמים את המגנטים הקבועים ברוטור ומעבירים את החשמל דרך הסטטור. אין יותר קומוטטור מכני. במקום זאת, שלושת שלבי המנוע של הסטטור מופעלים על ידי זרם DC והסלילים שלהם פועלים באינטראקציה עם השדה המגנטי מהמגנטים של הרוטור. על ידי החלפת מי משני שלבי המנוע פעילים בבת אחת בצורה מבוקרת, השדות המגנטיים גורמים לסיבוב של הרוטור.

מנועי DC Brushless בדרך כלל עולים יותר ברכישה מאשר עמיתיהם המוברשים. עם זאת, המגע המכאני המופחת (AKA, חוסר מברשות) במנועים ללא מברשות DC פירושו פיזור חום מצוין, פחות צורך בתחזוקה ויעילות חשמלית רבה יותר, כל אלו יכולים להפחית עלויות בטווח הארוך.

עבור יישומים שבהם המנוע עשוי להיות לא נגיש בקלות לתחזוקה או יעילות גבוהה יותר מאשר מנוע מוברש הרצוי, אז מנוע DC ללא מברשות תלת פאזי יכול להיות הדרך ללכת.

בקרת מנוע סרוו ללא מברשות קלה עם המוצרים שלנו. למעט יוצאים מן הכלל, כל כונני הסרוו המשווקים באופן פעיל שלנו יכולים להפעיל מנועים ללא מברשות DC.

AC ללא מברשות

ידועים גם כמנועי מגנט קבוע סינכרוני או PMAC, מנועי סרוו ללא מברשות AC הם יעילים להפליא. כמו מנועי DC ללא מברשות, הזרם החשמלי עובר דרך הסטטור והמגנטים הקבועים נמצאים ברוטור.

כיום, ההבחנה היא פחות לגבי המנועים עצמם כאשר משווים בין מנועי AC ללא מברשות עם מנועי DC ללא מברשת, אלא כיצד הם מונעים על ידי כונן הסרוו. עם Brushless AC, הזרם עובר כל הזמן בשלושת השלבים, אך מתחלף קדימה ואחורה בצורה סינוסואידית כפי שהיית רואה באספקת AC מחוץ לקיר. תופעה זו יוצרת שדה מגנטי מסתובב נטו, המסתובב בצורה חלקה הרבה יותר מהשדה המגנטי שהושג על ידי הפעלה וכיבוי של שלבי מנוע במנוע ללא מברשות DC.

בדומה למנועי DC ללא מברשות, הם דורשים תחזוקה רק לעתים נדירות בגלל היעדר מברשות מכניות. החיסרון במנועים ללא מברשות AC בהשוואה למנועים ללא מברשות DC (ומנועי אינדוקציה AC אשר יידונו בהמשך) הוא העלות הראשונית הגבוהה עוד יותר שלהם. עם זאת, יעילות הביצועים שלהם ועלות תחזוקה מינימלית יכולים לפצות על כך בטווח הארוך.

ניתן להגדיר כונני סרוו של AMC DigiFlex Performance ו-FlexPro להפעלת מנועי AC ללא מברשות כל עוד יש התקן משוב.

מנועים רוטריים אחרים

סטפר

מנועי צעד דומים למנועים ללא מברשות, אך התנועה מוגדרת ב"צעדים" מצטברים. איך זה מושג? הרוטור והסטטור מעוצבים ב"שיניים", אך בניגוד לגלגלי שיניים, השיניים אינן משתלבות - הן משמשות ליישור מגנטי. יש פחות שיניים בסטטור מאשר ברוטור, כך שלא ניתן ליישר את כל השיניים בבת אחת. על ידי מגנט של שלבי סטטור שונים כמו צפון או דרום, הרוטור יזוז מעט כל כך כדי ליישר או ליישר נגד השלבים הפעילים.

אפילו עם שניים או שלושה שלבים מוטוריים בלבד, מנועי צעד יכולים לנוע במרווחים מבוקרים מאוד עם כל צעד, שיכולים להיות פחות מדרגת תנועה. עם חצי צעדים (לסירוגין בין שימוש ב-1 ו-2 פאזות מיושרות בבת אחת) ו-microstepping (הפעלה וכיבוי של פאזות בצורה הדרגתית יותר), ניתן להכפיל את הרזולוציה על חשבון מומנט. זה הופך את מנועי הצעד למעולים עבור יישומים דיוק גבוה.

אתה רואה בקרת מנוע צעד במדפסות (2D ו-3D), אופטיקה, מכונות CNC שולחניות נמוכות, רכיבי מחשב, עדשות מצלמה והתקנים אחרים שצריכים בקרת מיקום מדויקת. ADVANCED בקרות תנועה FlexPro ו- DigiFlexPerformance כונני סרוו יכולים להפעיל מנועי צעד בלולאה סגורה. המשמעות היא שהמנועים זקוקים למשוב מקודד כך שכונני הסרוו יכולים להפעיל אותם כמו מנועי סרוו.

אינדוקציה AC

מנועי אינדוקציה שהומצאו על ידי ניקולה טסלה הם אולי סוג המנוע הנפוץ ביותר בעולם. בניגוד למנועים הסיבוביים האחרים שדיברנו עליהם, מנועי אינדוקציה AC אינם משתמשים במגנטים קבועים לא בסטטור או ברוטור.

כמו מנועי סרוו AC ללא מברשות, הם מסתמכים על מבנה לולאת AC תלת פאזי, אשר מייצר שדה מגנטי מסתובב נטו. עם זאת, במקום להשתמש בשדה להזזת מגנטים קבועים ברוטור, השטף המגנטי משרה זרם ברוטור, אשר בנוי בעיצוב של כלוב סנאי. זרם זה מייצר אז שדה מגנטי שמקיים אינטראקציה עם השדה המגנטי מהסטטור וגורם לסיבוב של הרוטור. במובן מסוים, הרוטור מנסה כל הזמן להדביק את השדה המגנטי המסתובב של הסטטור. ההבדל במהירות מכונה החלקה.

ניתן לכוונן את המהירות של מנוע אינדוקציה AC פשוט על ידי התאמת תדר AC. בנוסף, השימוש ב-AC לעומת DC כשלעצמו יכול להפוך את המנועים הללו למושכים מאוד עבור יישומי הספק גבוה מאוד. כתוצאה. מנועי אינדוקציה AC הם בדרך כלל עבור מכשירים גדולים כגון מנופים, מעליות, מכוניות חשמליות ומכונות כבדות אחרות. כל ADVANCED כונני הסרוו הדיגיטליים של Motion Controls יכולים להפעיל מנועים וקטוריים בלולאה סגורה, בעצם מנועי אינדוקציה AC עם משוב מקודד.

מנועים לא סיבוביים

לא כל יישומי בקרת תנועה כוללים סיבוב של משהו מסביב או ניסוח מפרקים.

מנועים ליניאריים

ניתן לחשוב על מנועים לינאריים כמנוע "מגולגל" ללא מברשות DC שבו הסטטור והרוטור מוחלפים. יש מסלול ארוך של מגנטים קבועים מתחלפים בקוטביות וקררה נעה עם שלושה שלבים של סלילים. כיוון הזרם דרך סלילים אלה ממגנט את הפאזות צפונה או דרום, מה שמושך או דוחף אותו לאורך מסלול המנוע בהתאמה.

מנועים אלו משמשים ליישומים שבהם יש צורך בתנועה ליניארית מדויקת ובמהירות גבוהה, כגון מדפסות תלת מימד תעשייתיות או הדגמות של הטלת כדור של AMC. הם יכולים להיות מכוונים אופקית, אנכית או בזווית. לתכונות האלה יש מחיר, פשוטו כמשמעו; מנועים לינאריים הם הרבה יותר יקרים מאשר סוגי מנועים אחרים.

את כל ADVANCED בקרות תנועה DigiFlex Performance ו-FlexPro כונני סרוו דיגיטליים יכולים להפעיל מנועים לינאריים.

מפעיל ליניארי

מפעילים ליניאריים הם חלופה למנועים ליניאריים. מבחינה טכנית, הם לא באמת סוג שונה של מנוע. הם מנוע סיבובי, כגון מנוע סרוו, אינדוקציה או צעד, יחד עם מנגנון כדור ובורג ליצירת תנועה ליניארית. מכיוון שעיצוב זה רגיש מאוד לתגובת נגד, לעתים קרובות נעשה שימוש במשוב לולאה כפולה כאשר נדרש דיוק. הלולאות משתמשות בהתקן משוב אחד על המנוע הסיבובי והתקן אחד על הרכיב הנע ליניארי.

מפעילים ליניאריים נמצאים במכשירים רבים, כגון מכונות חנויות גדולות, מדפסות תלת מימד שולחניות ומערכות גב גדולות. הם בדרך כלל אלטרנטיבה פחות יקרה למנועים ליניאריים DC, החילוץ הוא מהירויות מרבית איטיות יותר ויותר מקום הנדרש לאינטגרציה (בשל המנוע הסיבובי). עם זאת, מערכת בקרת תנועה עם מפעיל ליניארי יכולה להיות יעילה להפליא ולהפיק כוחות גדולים יותר מאלה המשתמשים במנוע ליניארי.

סלילי קול

סלילי קול הם מנועים ליניאריים חד פאזיים עם תנועה מוגבלת של פחות ממחזור חשמלי אחד. הם שימושיים עבור מהירות התגובה, הדיוק והדיוק שלהם.

סלילי קול נמצאים לרוב ברמקולי שמע. התנועה קדימה ואחורה יחד עם טווח התנועה הקצר והדיוק מאפשרים לסלילי הקול ליצור את הרעידות שמשמיעות רעש קולי מאותות חשמליים. ביישומי בקרת תנועה משתמשים במנועי סליל קול לתנועה ליניארית בטווח קצר כגון מכונות בדיקת חיים מואצות שבהן חומרים יכולים להיות נתונים למחזורי מתח רבים בצורה מבוקרת, התקני שיכוך אקטיביים שבהם ניתן להזיז משקולת במהירות קדימה ואחורה. לנטרל רעידות לא רצויות, או כל יישום מיקום מהלך קצר שבו יש צורך במהירות גבוהה ובדיוק.

שימוש בכונן סרוו לשליטה בסליל קולי דומה לבקרת מנוע סרוו DC מוברש, ההבדל העיקרי הוא שהתנועה היא ליניארית במקום סיבובית. במקרה של בקרת מנוע סרוו, הזרם פרופורציונלי למומנט, בעוד שבבקרת סליל קולי, הזרם פרופורציונלי לכוח. ומכיוון שכל כונני הסרוו שלנו יכולים לשלוט במנועים מוברשים, כולם יכולים לשלוט גם בסלילי הקול.

מחשבות אחרונות

אני מקווה שהבלוג הזה נותן לך מושג על סוגי המנועים השונים שקיימים וכיצד ניתן להשתמש בכל אחד מהם. אם אינך בטוח איזה סוג של מנוע אתה צריך עבור יישום בקרת התנועה שלך, צור איתנו קשר. שוב, אנחנו לא מייצרים מנועים, אבל אנחנו מכירים את כל ההיבטים של בקרת תנועה ומשמחים לתת המלצות. אנו נעבוד איתך כדי להרכיב פתרון בקרת תנועה העונה על כל הצרכים עבור היישום שלך.

מאת ג'קסון מקיי, מהנדס שיווק