Conventionele borstelloze en sleufloze motoren van KOLLMORGEN
handig om te weten
Conventionele borstelloze en sleufloze motoren hebben beide hun sterke en zwakke punten als het gaat om prestaties, maar bij het kiezen tussen de twee is het geen kwestie van welke motor het beste is. Het is de vraag welke motor het beste is voor de toepassing.
Veel toepassingen die een soepel en nauwkeurig mechanisch systeem vereisen, kunnen profiteren van motoren die een hoog koppel leveren in een compact pakket. Neem bijvoorbeeld elektro-optische/infrarood systemen. In een EO/IR-systeem is een stabiel, responsief platform met nauwkeurige en nauwkeurige bewegingen nodig voor het volgen van objecten, zelfs onder schokkende omstandigheden als gevolg van schokken op de weg, luchtturbulentie, trillingen en andere krachten.
Mechanische en omgevings factoren, zoals koppelrimpeling of de krachten op het systeem in toepassingen die "on-the-move" zijn, kunnen de visuele of infraroodsensor feedback echter verstoren. Hierdoor is extra software nodig om het beeld te stabiliseren. Een soepel en stabiel mechanisch systeem dat corrigeert voor de omgeving met betrekking tot data collection, kan de computerverwerking verminderen die nodig is om beelden te stabiliseren.
Omdat cogging torque (Het cogging-torque is positieafhankelijk en de periodiciteit per omwenteling is afhankelijk van het aantal magnetische polen en het aantal tanden op de stator) en torque ripple kunnen worden aangepakt door middel van motorontwerp en het besturingssysteem, is het koppel van een motor per volume een betere indicatie van de prestaties in een EO / IR-systeem. Conventionele motoren leveren een hoger koppel per volume dan sleufloze motoren, en voor systemen met een laag toerental (< 1.000 tpm), zoals een EO / IR-systeem, leveren ze een hoger beschikbaar piek- en continu koppel voor responsievere prestaties.
Wanneer komen Cogging Torque en Torque Ripple in beeld?
Om de verschillen tussen conventionele motoren en sleufloze motoren te begrijpen, is het belangrijk om de krachten van het cogging koppel en koppelrimpel te begrijpen en hoe de twee zich afspelen in een EO / IR-systeem.
Cogging torque treedt op in de niet-bekrachtigde toestand van een conventionele motor wanneer de aantrekkingskracht tussen de permanente magneten op de rotor en de stalen tanden van de statorlaminaties een "schokkende" beweging creëert wanneer deze wordt gedraaid. Sleufloze motoren ervaren dit schokken niet, omdat er geen tanden in de stator zitten en de magneten tijdens de rotatie worden aangetrokken door het lamineren.
Koppelrimpel treedt op in de bekrachtigde toestand van een motor, zowel conventioneel als sleufloos. Dit komt door variaties in de elektromagnetische velden als de rotor en stator op elkaar inwerken. Hoewel het koppel in een sleufloze motor kan worden verminderd, is de koppelrimpel altijd aanwezig en moet deze worden aangepakt door middel van feedback met hoge resolutie en het gebruik van geavanceerde besturingsalgoritmen.
Voor systemen met lage snelheden, zoals EO/IR, is het cogging-koppel over het algemeen niet het belangrijkste kenmerk van een servomotor. Hoewel het elimineren van cogging torque enige invloed kan hebben op de koppelrimpeling, is het het gedrag van de motor wanneer deze wordt geactiveerd dat het belangrijkst is. En aangezien alle motoren koppelrimpeling hebben, inclusief sleufloos, verdoezelt het focussen op dit attribuut boven andere motorontwerpattributen de voordelen van een conventionele motor ten opzichte van sleufloos. Koppel per volume is de leidende prestatie-indicator ten opzichte van het koppel of de koppelrimpel bij het selecteren van een motor voor een EO/IR-toepassing.
De Push voor Slotless
In tegenstelling tot conventionele motoren hebben sleufloze motoren geen stalen tanden op de stator (dit is de reden waarom een conventionele motor soms een sleufmotor wordt genoemd). In plaats van tanden om de wikkelingen te ondersteunen, is het statorlaminaat opgebouwd uit stalen ringen die op elkaar zijn gestapeld met koperen spoelen die erop zijn gemonteerd en vervolgens zijn ingekapseld. Hierdoor worden de spoelen in de opening tussen de statorlaminatie en de rotormagneten geplaatst.
Een grote luchtspleet tussen de rotor en de stator beperkt de hoeveelheid koppel die een motor kan produceren. Het creëren van een kleinere luchtspleet - de ruimte tussen de magneet en de stator - kan meer koppel genereren. Als je deze afstand halveert, krijg je vier keer het koppel. Sleufloze motoren proberen deze opening zoveel mogelijk te verkleinen om er het meeste koppel uit te persen. Een te strakke luchtspleet zorgt echter voor een probleem. Om de kloof te dichten, zullen de meeste fabrikanten grotere magneten gebruiken. Maar dit verhoogt de kosten. Conventionele borstelloze motoren kunnen een groter koppel produceren zonder de grenzen (en kosten) van de productie te hoeven verleggen.
Zoals u zich kunt voorstellen, biedt het hebben van de wikkelingen ingekapseld in de statorlaminatie verschillende voordelen in een sleufloze motor. Zoals hierboven vermeld, heeft het geen cogging-koppel. Omdat er geen tanden in het lamineren zitten om te interageren met de rotormagneet, vertoont de motor soepele loopeigenschappen. De koppelproductie is voorspelbaar en zeer controleerbaar omdat deze direct verband houdt met de stroom die aan de wikkeling wordt geleverd. Sleufloze motoren hebben lage kernverliezen bij hoge snelheden (niet algemeen gezien in EO / IR-toepassingen) en kunnen effectief worden gebruikt voor toepassingen met een laag gewicht, een laag koppel en stabiele omstandigheden. Ze zijn minder effectief in zeer dynamische EO/IR-toepassingen.
Hoewel cogging torque wordt geëlimineerd in een sleufloze motor vanwege het ontbreken van tanden in het lamineren, ervaart het nog steeds koppelrimpeling. Omdat de motor in een bekrachtigde toestand moet zijn om koppel te produceren, wordt het voordeel van het hebben van geen cogging-koppel geminimaliseerd. Voor nauwkeurige en gevoelige toepassingen zoals EO/IR moet de koppelrimpel nog steeds worden geëlimineerd door middel van feedbackregelaars.
Conventionele Borstelloze Motoren
Conventionele motoren met tandlaminaties, soms sleufmotoren genoemd, hebben gegroefde stalen laminaties die op elkaar zijn gestapeld met koperen wikkelingen die in deze sleuven zijn gestoken. Het deel van de stator dat zich het dichtst bij de rotor bevindt, wordt de tand genoemd en richt de elektromagnetische flux op de rotormagneten, waardoor de energie beter wordt geconcentreerd dan een sleufloos ontwerp. Conventionele motoren met tandlaminaties, soms sleufmotoren genoemd, hebben gegroefde stalen laminaties die op elkaar zijn gestapeld met koperen wikkelingen die in deze sleuven zijn gestoken. Het deel van de stator dat zich het dichtst bij de rotor bevindt, wordt de tand genoemd en richt de elektromagnetische flux op de rotormagneten, waardoor de energie beter wordt geconcentreerd dan een sleufloos ontwerp.
In vergelijking met een sleufloze motor bieden conventionele motoren een goede balans tussen koppelvermogen, motorconstante, efficiëntie en maakbaarheid. Voor hun grootte hebben conventionele borstelloze motoren een hoge motorconstante met een hoog rendement en hoge acceleratiesnelheden met een lagere traagheid. Dit geeft een conventionele motor minder armatuurreactie bij hoge stroom, minder koppelrimpel en een hoger continu koppel bij lage snelheden.
Er zijn enkele uitdagingen met conventionele motoren die een hoog aantal polen hebben. Ze zijn over het algemeen minder efficiënt en hebben een lager koppel bij hoge snelheden. Maar het grootste probleem tegen conventionele motoren is de aanwezigheid van cogging torque. Zoals we hierboven hebben uitgelegd, is cogging torque echter minder een probleem als het gaat om toepassingen met lage snelheden en een hoog koppel dan koppel per volume in een bekrachtigde toestand.
Cogging Torque overwinnenCogging Torque overwinnen
Conventionele motoren, met hun hogere koppel per volume, efficiëntie en vermogen, zijn het meest geschikt voor systemen met lage snelheden, zoals zeer dynamische EO / IR-toepassingen. Waar ze ook opvallen is in hun maakbaarheid. Door middel van verschillende co-engineered en standaardontwerpen hebben we het koppel in conventionele motoren kunnen minimaliseren. Het kiezen van de juiste sleuf/poolcombinaties kan bijvoorbeeld het koppel minimaliseren. Andere overwegingen zijn:
- Kw of wikkelfactor, die de effectiviteit van het grensvlak tussen de magneetflux en wikkeling bepaalt.
- Het inbrengen van wikkelingen, zoals naaldwikkeling met matige sleufvulling of handwikkeling met een hogere sleufvulfactor. Hogere sleuf/paalcombinaties doen er echter langer over om te winden en hebben langere eindbochten.
- Armatuurreactie. Lagere sleuf/poolcombinaties hebben meer armatuurreactie.
Er zijn verschillende andere ontwerp opties en stappen die we kunnen nemen om de impact van cogging torque te minimaliseren. Ze kunnen de efficiëntie van de motor verminderen, maar op basis van het systeemontwerp zijn ze misschien niet nodig:
- Pooloverspanning (breedte van magneten).
- Magneetvorming.
- Sleufopening en tandpunt ontwerp.
- Stapelen scheef voor tot 90% vermindering van het cogging koppel.
Conventionele motoren nog steeds de eerste keuze
In systemen waar een soepele loop, hoge acceleratiesnelheden en een hoge koppelconstante nodig zijn, zijn conventionele borstelloze motoren nog steeds de eerste keuze. Wanneer de belasting laag is, kan een sleufloze motor een goed alternatief zijn. Ze hebben echter niet het prestatiebereik voor agressieve toepassingen met een hoger koppel. EO/IR-systemen met lage snelheden en een hoog koppel hebben een superieur koppel per volume nodig om soepele, stabiele systemen te creëren die corrigeren voor omgevingsverstoringen en de computerverwerkingsvereisten verminderen. Conventionele borstelloze motoren kunnen een hoger piekkoppel produceren, terwijl sleufloze motoren niet zo goed presteren in deze toepassingen met een gemiddeld tot hoog koppel.
In systemen waar een soepele loop, hoge acceleratiesnelheden en een hoge koppelconstante nodig zijn, zijn conventionele borstelloze motoren nog steeds de eerste keuze. Wanneer de belasting laag is, kan een sleufloze motor een goed alternatief zijn. Ze hebben echter niet het prestatiebereik voor agressieve toepassingen met een hoger koppel. EO/IR-systemen met lage snelheden en een hoog koppel hebben een superieur koppel per volume nodig om soepele, stabiele systemen te creëren die corrigeren voor omgevingsverstoringen en de computerverwerkingsvereisten verminderen. Conventionele borstelloze motoren kunnen een hoger piekkoppel produceren, terwijl sleufloze motoren niet zo goed presteren in deze toepassingen met een gemiddeld tot hoog koppel.
brochure AKM
