Terjedelem
A kefe nélküli szervomotorok a motortípusok széles skáláját foglalják magukban, beleértve az állandó mágneses kefe nélküli egyenáramú motorokat és az állandó mágneses kefe nélküli váltakozó áramú motorokat is. Forgó vagy lineáris mozgásra is tervezhetők. A különböző típusoktól függetlenül néhány dolog közös bennük: állandó mágneseket használnak és háromfázisú motorok.
Építés
A kefe nélküli szervomotorok a kefés motorokban található mechanikus kommutátort elektronikus kommutációval helyettesítik. A kefe nélküli szervomotorokban az állandó mágnes a rotor (forgó alkatrész), nem pedig a rögzített tekercsek. A szervomotor forgása az egyes tekercsekbe folyó áram nagyságának és irányának külön-külön történő változtatásával érhető el, ami megváltoztatja az álló tekercsek által generált mágneses mezők irányát. A kefe nélküli szervomotorban általában három tekercskészlet van, minden tekercskészletet egyenként, meghatározott sorrendben táplálnak, ami elektromágneses erők sorozatát hozza létre a forgórész mozgásban tartása érdekében. Ehhez 3 tápkábelre van szükség, hogy minden tekercskészletet árammal lássanak el. Mivel a tekercsek rögzítettek, a közvetlen elektromos csatlakozások könnyen elvégezhetők hozzájuk, így nincs szükség mechanikus kommutátorokra és kefékre. A kefék és kommutátorok hiánya a kefe nélküli motorban nagyon tartósvá teszi ezt a készüléket, mivel a kefés motorok keféi és kommutátorai a folyamatos mozgó érintkezés következtében hajlamosak a kopásra.
Mivel nem rendelkeznek mechanikus kommutátorral, a kefe nélküli szervomotoroknak elektronikus kommutációra és visszacsatoló eszközökre van szükségük a motor sebességének szabályozásához. Az elektronikus kommutálás a mechanikus kommutáláshoz képest nagyobb hatékonysággal, nagyfokú energiamegtakarítással és jobb vezérléssel rendelkezik. A mechanikus kommutátorok hiánya miatt azonban a legtöbb kefe nélküli szervomotornak visszacsatoló eszközökre van szüksége a motor nyomatékának és helyzetének pontos szabályozásához.
A visszacsatolás és a kommutáció szintje tekintetében különböző lehetőségek állnak rendelkezésre, amelyek a gazdasági korlátoktól és a motor kívánt pontosságától függnek. Ez lehetővé teszi a fogyasztók számára, hogy kiválasszák az általuk preferált visszacsatolási szinteket és az elektronikus kommutáció típusát az alkalmazásuknak megfelelően. A Hall-érzékelők és az encoderek a kefe nélküli szervomotorok visszajelzései, mindkét eszköz külön-külön vagy együttesen is használható az előnyben részesített kommutációs típus kihasználásához. A Hall-érzékelők önmagukban csak trapézkommutációra, míg az enkóderek önmagukban csak szinuszos kommutációra képesek. A csarnokérzékelők és az encoderek együttes használata lehetővé teszi a szinuszos vagy trapéz kommutáció használatát. A trapéz kommutáció a kefe nélküli szervomotoroknál szabványos, mert könnyen megvalósítható és kiválóan alkalmas a maximális nyomaték leadására. Bár a legtöbb alkalmazásnál a trapéz alakú kommutáció előnyös, a szinuszos kommutáció a kefe nélküli szervomotoroknál hasznos olyan alkalmazásoknál, ahol a hallható és mechanikai zajnak rendkívül alacsonynak kell lennie.
Az érzékelő nélküli visszacsatolás egy újabb innováció a kefe nélküli egyenáramú szervomotorok technológiájában, ahol a motor pozícióját a motor hátsó emf-je alapján határozzák meg. Az érzékelő nélküli visszacsatolás trapéz- vagy szinuszos kommutációval is működhet, azonban a szinuszos kommutációt előnyben részesítik az érzékenyebb alkalmazásoknál, mivel kevésbé érzékeny a nyomaték hullámzására. Mivel az érzékelő nélküli visszacsatolás megköveteli, hogy a motor a saját belső visszacsatolása alapján működjön, az érzékelő nélküli visszacsatolás akkor a leghatékonyabb, ha a motor terhelése statikus. Például a drónok a kefe nélküli egyenáramú szervomotorok érzékelő nélküli visszacsatolásának gyakori alkalmazásává váltak, mivel a terhelés nem változik jelentősen a drón mozgása közben, és a visszacsatoló eszközök hiánya lehetővé teszi, hogy könnyebb legyen.
Történelem
A kefe nélküli egyenáramú motorok a digitális forradalom kezdetén, a 60-as években jelentek meg, amikor a mechanikus és analóg elektronikus technológiáról áttértünk a digitális elektronikára. A kefés egyenáramú motorok nem bizonyultak elégségesnek az intenzívebb alkalmazási igények elviselésére, mivel a kefék és a kommutátorok gyorsan elhasználódtak, így született meg a kefe nélküli egyenáramú motor. A szilárdtest félvezetők, például a MOSFET-ek elérhetősége tette lehetővé a kefe nélküli egyenáramú motort, mint az első szilárdtest kommutációval rendelkező egyenáramú gépet. A korai kefe nélküli egyenáramú motorok hátránya az volt, hogy nem tudtak nagy teljesítményt kifejteni. Amikor az 1980-as években erősebb állandó mágneses anyagok váltak elérhetővé, a kefe nélküli motorok képesek voltak ugyanannyi vagy még több teljesítményt kifejteni, mint kefés társaik.
Jövőbeni innovációk
A mai kefe nélküli motorok a kefés motorok számos korlátját kiküszöbölik, mivel nagyobb kimeneti teljesítményt, kisebb méretet, jobb hatásfokot, nagyobb tartósságot és nagyon alacsony elektromos zajt biztosítanak. Ezek az előnyök hátrányokkal is járnak, mivel a kefe nélküli motorok elektronikus kommutáláshoz visszacsatoló eszközöket és motorhajtás-vezérlőt igényelnek, általában drágábbak, mint a kefés motorok. A kefe nélküli egyenáramú motorok technológiájában elért új fejlesztések azonban lehetővé tették az érzékelő nélküli motorhajtásokat, amelyek megfizethetőbbé teszik ezeket a motorokat. Az érzékelő nélküli vezérlési technológiában a rotor helyzetét a motor egyik kapocsfeszültségéből származó ellen-EMF (elektromotoros erő) érzékelésével határozzák meg, így nincs szükség Hall-érzékelőkre és kódolókra. Az érzékelő nélküli vezérlés lehetővé teszi azt is, hogy a kefe nélküli egyenáramú motorok kisebbek, megbízhatóbbak és tartósabbak legyenek az alkatrészek számának csökkenése miatt.
Egy másik újítás, amely hamarosan általánossá válik a kefe nélküli egyenáramú motorok tervezésében, a kefe nélküli egyenáramú motorok és a meghajtó elektronika egyetlen csomagba történő integrálása az egyszerűbb rendszer létrehozása érdekében. Az elektronikus alkatrészek hatékonyságának növekedésével a teljesítményelektronika egyre kisebb lesz, így az integrált kefe nélküli egyenáramú motorhajtások kulcsszerepet kapnak a technológiai újításokban.
Felhasználások/alkalmazások
Hatékonyságuk és hosszú élettartamuk miatt a kefe nélküli egyenáramú szervomotorokat széles körben használják olyan eszközökben, amelyek folyamatosan működnek, például háztartási készülékekben és más szórakoztató elektronikai eszközökben. Az ipari alkalmazásokban a kefe nélküli egyenáramú motorok megbízható és pontos mozgásvezérlési képességeik miatt népszerűek a lineáris motorok, szervomotorok, extruder meghajtómotorok és CNC-szerszámgépek előtolóhajtásai esetében. A kefe nélküli egyenáramú szervomotorok a drónoknál is a választott motorokká váltak, mivel nagy teljesítményt nyújtanak, miközben kis méretük és súlyuk megmarad. Várhatóan a kefe nélküli egyenáramú szervomotorok alkalmazási területei a jövőben csak tovább bővülnek. Ahogy ezek a motorok egyre megfizethetőbbé válnak, valószínű, hogy teljesen felváltják a kefés egyenáramú szervomotorokat.
Előnyök
- Nagy teljesítménysűrűség
- Kiváló hőelvezetés
- Kevesebb karbantartás, mint a kefés motoroknál és hosszabb élettartam
- Az elektronikus kommutáció pontosabb vezérlést és nagyobb energiamegtakarítást tesz lehetővé
- Csökkentett működési és mechanikai zaj a kefés egyenáramú motorokhoz képest
- Kisebb és könnyebb, mint a kefés egyenáramú motorok
ADVANCED A Motion Controls képességei
- A kapható szervohajtások többsége kefe nélküli motorokkal működik, és a visszajelzési és teljesítményopciók széles választékát kínálja.
- A kefe nélküli motorok konfigurálása nehezebb lehet, de a digitális szervohajtások nagymértékben leegyszerűsítik a folyamatot az olyan funkciókkal, mint az AutoCommutáció
