A motorok típusai a mozgásszabályozásban

Lehet, hogy nem gyártunk motorokat ADVANCED Motion Controls, de mi minden nap dolgozunk velük, és szervohajtásokat építünk, hogy működtessük őket, így mondhatni, tudunk róluk egy-két dolgot. Nagyon büszkék vagyunk arra, hogy bármilyen alkalmazást ki tudunk szolgálni, és ez azt jelenti, hogy szinte mindenféle motorhoz van meghajtónk. Milyen típusú motorok léteznek és hol használják őket?

Szervomotorok

Általában minden szervomotor az állandó mágneses motorok közé tartozik, amelyeknek állandó mágnesek vannak az állórészben (az állórészben, amely mozdulatlanul áll) és a forgórészben (az állórész közepén forgó rész).

Idővel azonban a határok mi az a szervomotor és mi nem, kissé elmosódott. Ez a kétértelműség részben a szervohajtásoknak a szervovezérlésen túli, kibővített felhasználási lehetőségeinek köszönhető.

Évtizedekkel ezelőtt a szervohajtások nem tettek mást, mint felerősítették a parancsjelet, ezért alternatív nevük szervóerősítők. Mivel a mozgásvezérlési technológia fejlődött, a mérnökök felfedezték, hogy a szervóerősítők módosíthatók és beállíthatók úgy, hogy más motortípusokat is ugyanúgy vezéreljenek, mint a szervomotorokat. A mai szervohajtások sokkal sokoldalúbbak, és könnyen konfigurálhatók a legkülönbözőbb motortípusokhoz, de a "szervó" szó még mindig szerepel a címükben.

A szervomotorokat több millió alkalmazásban használják a távirányítású járművektől a CNC marógépeken át a sebészeti robotokig. A szervomotorok számos okból népszerűek, többek között energiahatékonyságuk és kis méretük miatt.

De ami a legfontosabb, hogy nagyon pontos vezérlést tudnak nyújtani, ha rendelkeznek visszajelző eszközzel és szervohajtással.  ADVANCED A Motion Controls meghajtói szinte bármilyen szervomotor vezérlésére képesek.

Kefés egyenáram (egyfázisú)

A kefés egyenáramú motorok talán a legegyszerűbb motortípusok. Az állórészben állandó mágnesek vannak rögzítve, a forgórészben pedig hurkolt huzal tekercsek. Amikor a tekercseken elektromos áram folyik át, a mágneses mező olyan erőt hoz létre, amely a forgórészt mozgásra készteti. A kérdés az, hogy hogyan lehet folyamatosan egyenáramot juttatni egy forgó tárgyhoz anélkül, hogy a vezetékek összekeverednének? A válasz a vezető kefék és a kommutátor.

A kommutátor egy kerek darab, amely a rotor egyes tekercshurkaihoz csatlakozó fém érintkezési pontokkal rendelkezik. A vezető kefék nem olyanok, mint a hajkefék; ezek általában grafitkeverékből készült darabok, amelyek rugósak, hogy elektromos érintkezésbe kerüljenek a motor kommutátorával, miközben az forog, és így biztosítják az elektromos áramot. Nagy teljesítményt nyújtanak gazdaságos áron. Az egyik hátrányuk azonban az, hogy a kefék és a kommutátor közötti fizikai érintkezés súrlódást okoz, ami idővel elhasználja a keféket és sok porszemcsét hoz létre. Emiatt a kefés motorok az alacsonyabb kezdeti költségek ellenére hosszú távon hajlamosabbak a karbantartási költségekre, mint kefe nélküli társaik. Alacsony költségű alkalmazásoknál, rövid élettartamú alkalmazásoknál, vagy olyan alkalmazásoknál, ahol a motor könnyen hozzáférhető a javításhoz vagy cseréhez, akkor egy egyenáramú kefés motor megfelelhet a célnak.

A szervomotorok vezérlése a mi játékunk, ezért minden egyes ADVANCED A Motion Controls szervohajtómű képes egyenáramú kefés motorok működtetésére, feltéve természetesen, hogy a megfelelő teljesítménytartományban van.

Kefe nélküli egyenáram (háromfázisú)

A kefe nélküli motorok a kefés motorokkal ellentétes megközelítést alkalmaznak. Az állandó mágneseket a rotorba helyezik, és az áramot az állórészen keresztül vezetik. Nincs többé mechanikus kommutátor. Ehelyett az állórész három motorfázisát egyenáram táplálja, és tekercseik kölcsönhatásba lépnek a rotor mágneses mezejével. Azáltal, hogy szabályozott módon váltogatjuk, hogy a két motorfázis közül melyik aktív egyszerre, a mágneses mezők a rotor forgását idézik elő.

A kefe nélküli egyenáramú motorok jellemzően drágábbak, mint kefés motorjaik. Az egyenáramú kefe nélküli motorok csökkentett mechanikai érintkezése (más néven kefék hiánya) azonban kiváló hőelvezetést, kevesebb karbantartási igényt és nagyobb elektromos hatékonyságot jelent, ami hosszú távon csökkenti a költségeket.

Olyan alkalmazásoknál, ahol a motor karbantartás céljából nehezen hozzáférhető, vagy ahol a kefés motoroknál nagyobb hatékonyságra van szükség, a háromfázisú kefe nélküli egyenáramú motor lehet a megfelelő megoldás.

A kefe nélküli szervomotorok vezérlése egyszerű a termékeinkkel. Kevés kivételtől eltekintve az összes aktívan forgalmazott szervohajtásunk képes DC kefe nélküli motorok működtetésére.

Kefe nélküli AC

Az állandó mágneses szinkronmotorok vagy PMAC-motorok néven is ismert AC kefe nélküli szervomotorok hihetetlenül hatékonyak. A kefe nélküli egyenáramú motorokhoz hasonlóan az elektromos áram az állórészen keresztül folyik, az állandó mágnesek pedig a forgórészben vannak.

Napjainkban a különbségtétel kevésbé a motorokról szól, amikor a kefe nélküli váltakozó áramú motorokat a kefe nélküli egyenáramú motorokkal hasonlítjuk össze, hanem inkább arról, hogyan hajtja meg őket a szervohajtás. A kefe nélküli váltakozó áramú motoroknál az áram folyamatosan folyik a három fázison keresztül, de szinuszos módon váltakozva, mint ahogyan azt a falból kivezetett váltakozó áramú tápegységben látja. Ez a jelenség nettó forgó mágneses mezőt hoz létre, amely sokkal egyenletesebben forog, mint a motorfázisok be- és kikapcsolásával elért mágneses mező egy egyenáramú kefe nélküli motorban.

Az egyenáramú kefe nélküli motorokhoz hasonlóan ezek is ritkán igényelnek karbantartást a mechanikus kefék hiánya miatt. A váltakozó áramú kefe nélküli motorok hátránya a DC kefe nélküli motorokhoz (és a később tárgyalandó AC indukciós motorokhoz) képest a még nagyobb kezdeti költségük. Teljesítményük hatékonysága és minimális karbantartási költségük azonban hosszú távon kárpótolhat.

Az AMC DigiFlex Performance és FlexPro szervohajtások konfigurálhatók kefe nélküli váltakozó áramú motorok működtetésére, amennyiben van visszacsatoló eszköz.

Egyéb forgó motorok

Stepper

A léptetőmotorok hasonlóak a kefe nélküli motorokhoz, de a mozgás inkrementális "lépésekben" történik. Hogyan valósul ez meg? A rotor és az állórész "fogakkal" van ellátva, de a fogaskerekektől eltérően a fogak nem kapcsolódnak egymásba - a mágneses összehangolást szolgálják. Az állórészben kevesebb fog van, mint a forgórészben, ezért nem lehet egyszerre az összes fogat összehangolni. A különböző állórész fázisok északi vagy déli mágnesezésével a forgórész kissé eltolódik, hogy az aktív fázisokhoz igazodjon vagy ellenkezőleg igazodjon.

A léptetőmotorok még két vagy három motorfázissal is nagyon szorosan szabályozott lépésekben mozoghatnak minden egyes lépésnél, ami kevesebb lehet, mint egy fokos mozgás. A féllépéses (váltakozva egyszerre 1 és 2 összehangolt fázis használata) és a mikrolépéses (a fázisok fokozatosabb aktiválása és deaktiválása) segítségével a felbontás megduplázható a nyomaték rovására. Ez teszi a léptetőmotorokat nagyszerűvé a nagy pontosságú alkalmazásokhoz.

Lépésmotoros vezérléssel találkozhatunk nyomtatókban (2D és 3D), optikákban, alacsony kategóriájú asztali CNC-gépekben, számítógép-alkatrészekben, kameraobjektívekben és más olyan eszközökben, amelyeknek pontos pozíciószabályozásra van szükségük. ADVANCED A Motion Controls FlexPro és DigiFlexPerformance szervohajtások zárt hurkú léptetőmotorokat működtethetnek. Ez azt jelenti, hogy a motoroknak enkóder-visszacsatolásra van szükségük, hogy a szervohajtások szervomotorokként tudják működtetni őket.

AC indukció

A Nikola Tesla által feltalált indukciós motorok talán a legelterjedtebb motortípusok a világon. Az általunk tárgyalt más forgó motorokkal ellentétben az AC indukciós motorok nem használnak állandó mágneseket sem az állórészben, sem a forgórészben.

A kefe nélküli váltakozó áramú szervomotorokhoz hasonlóan háromfázisú váltakozó áramú hurokszerkezetre épülnek, amely nettó forgó mágneses mezőt hoz létre. Ahelyett azonban, hogy a mezőt a forgórészben lévő állandó mágnesek mozgatására használnák, a mágneses fluxus áramot indukál a forgórészben, amely rövidrezárt szerkezetű. Ez az áram aztán mágneses mezőt hoz létre, amely kölcsönhatásba lép az állórész mágneses mezejével, és megpörgeti a forgórészt. A rotor bizonyos értelemben folyamatosan próbálja utolérni az állórész forgó mágneses mezejét. A sebességkülönbséget csúszásnak nevezzük.

A váltakozó áramú indukciós motor fordulatszáma egyszerűen a váltakozó áramú frekvencia beállításával állítható. Ezen túlmenően a váltakozó áram használata az egyenáramúval szemben önmagában is nagyon vonzóvá teheti ezeket a motorokat a nagyon nagy teljesítményű alkalmazásokban. Ennek eredményeképpen. Az AC indukciós motorokat általában nagyméretű eszközökhöz, például darukhoz, liftekhez, elektromos autókhoz és más nehézgépekhez használják. Az összes ADVANCED A Motion Controls digitális szervohajtásai zárt hurkú vektoros motorokat, lényegében váltakozó áramú indukciós motorokat működtetnek, amelyekhez encoder-visszacsatolás is tartozik.

Nem forgó motorok

Nem minden mozgásvezérlési alkalmazáshoz tartozik valaminek a megpörgetése vagy az ízületek csuklós mozgatása.

Lineáris motorok

A lineáris motorokat úgy lehet elképzelni, mint egy "feltekert" kefe nélküli egyenáramú motort, ahol az állórész és a forgórész fel van cserélve. Van egy hosszú, polaritásban váltakozó állandó mágnesekből álló pálya és egy mozgó kocsi három fázisú tekercsekkel. Az ezeken a tekercseken átfolyó áram iránya északra vagy délre mágnesezi a fázisokat, ami a motorpálya mentén húzza, illetve tolja azt.

Ezeket a motorokat olyan alkalmazásokhoz használják, ahol precíz és nagy sebességű lineáris mozgásra van szükség, mint például az ipari 3D nyomtatók vagy az AMC labdadobáló demók. Vízszintesen, függőlegesen vagy ferdén is elhelyezhetők. Ezeknek a tulajdonságoknak azonban szó szerint ára van; a lineáris motorok sokkal drágábbak, mint más motortípusok.

Minden ADVANCED A Motion Controls DigiFlex Performance és FlexPro digitális szervohajtások lineáris motorok működtetésére alkalmasak.

Lineáris működtető

A lineáris működtetők a lineáris motorok alternatíváját jelentik. Technikailag nem igazán más típusú motorok. Ezek egy forgó motor, például szervo-, indukciós vagy léptetőmotor, amely egy golyós és csavaros mechanizmussal párosítva lineáris mozgást hoz létre. Mivel ez a kialakítás nagyon érzékeny a holtjátékra, gyakran használnak kettős hurok visszacsatolást, ha pontosságra van szükség. A hurok egy visszacsatoló eszközt használ a forgó motoron és egy eszközt a lineárisan mozgó alkatrészen.

A lineáris működtetők számos eszközben megtalálhatók, például nagy üzemi gépekben, asztali 3D nyomtatókban és nagy portálrendszerekben. Általában olcsóbb alternatívát jelentenek az egyenáramú lineáris motorokkal szemben, ennek ellentételezése a lassabb végsebesség és az integráláshoz szükséges nagyobb helyigény (a forgó motor miatt). A lineáris működtetővel ellátott mozgásvezérlő rendszer azonban hihetetlenül hatékony lehet, és nagyobb erőket képes kifejteni, mint a lineáris motorral működő rendszerek.

Hangtekercsek

A hangtekercsek egyfázisú lineáris motorok, amelyek korlátozott, kevesebb mint egy elektromos ciklusra korlátozódó mozgással rendelkeznek. Hasznosak a reakciósebességük, a pontosságuk és a precizitásuk miatt.

A hangtekercsek leggyakrabban hangszórókban találhatók. Az előre-hátra mozgás, a rövid mozgástartomány és a pontosság lehetővé teszi, hogy a hangtekercsek elektromos jelekből létrehozzák a hallható zajt keltő rezgéseket. A mozgásvezérlési alkalmazásokban a hangtekercses motorokat rövid tartományban történő lineáris mozgásra használják, például gyorsított élettartamú tesztelő gépekben, ahol az anyagokat szabályozott módon sok terhelési ciklusnak lehet kitenni, aktív csillapító eszközökben, ahol egy súlyt gyorsan lehet előre-hátra mozgatni a nem kívánt rezgések ellensúlyozására, vagy bármilyen rövid löketű pozicionáló alkalmazásban, ahol nagy sebesség és pontosság szükséges.

A szervohajtás használata a hangtekercs vezérlésére analóg a kefés egyenáramú szervomotor vezérlésével, a fő különbség az, hogy a mozgás lineáris, nem pedig forgásirányú. A szervomotoros vezérlés esetében az áram arányos a nyomatékkal, míg a hangtekercs vezérlésénél az áram arányos az erővel. És mivel minden szervohajtásunk képes kefés motorok vezérlésére, mindegyikük képes a hangtekercsek vezérlésére is.

Végső gondolatok

Remélhetőleg ez a blog képet ad a különböző motortípusokról, és arról, hogyan lehet őket használni. Ha nem biztos benne, hogy milyen típusú motorra van szüksége a mozgásvezérlő alkalmazásához, lépjen kapcsolatba velünk. Ismétlem, mi nem gyártunk motorokat, de a mozgásvezérlés minden aspektusát ismerjük, és szívesen teszünk ajánlásokat. Együtt dolgozunk Önnel, hogy olyan mozgásvezérlési megoldást állítsunk össze, amely az Ön alkalmazásához szükséges összes igényt kielégíti.

Jackson McKay, marketing mérnök