Kernemotorer vs. kerneløse DC-motorer - Hvilken skal du vælge?

En børstet DC-elektromotor omdanner elektrisk energi til mekanisk energi ved hjælp af Lorentz' lov, som siger, at "En strømførende leder placeret i et magnetfelt vil opleve en kraft”. Denne kraft kan bruges på en række forskellige måder, f.eks. i en lineær aktuator til at omdanne rotationsbevægelse til lineær bevægelse.

Progressive Automations tilbyder en række forskellige lineære aktuatorer indeholder enten en kerne- eller kerneløs DC-motor, men hvilken type skal du vælge, og hvorfor? Vi undersøger forskellene mellem en kerne- og en kerneløs DC-motor ved at se på deres konstruktion samt fordele og ulemper. Derudover ser vi på driften, kommunikationsprotokollerne og feedbacken af forskellige motorer, så du kan træffe en informeret beslutning.

Kernemotorer vs. kerneløse DC-motorer: Sammenligningstabel side om side

Når du vælger en DC-motor, er det afgørende at forstå forskellene mellem DC-motorer med og uden kerne. En klar sammenligning af DC-motorer hjælper ingeniører og designere med at afbalancere ydeevne, effektivitet, omkostninger og applikationskrav. Mens effektivitet, præcision og respons ved motorer uden kerne er overbevisende fordele, er fordele ved motorer med kerne, såsom drejningsmoment, holdbarhed og overkommelighed, også praktiske aspekter at overveje. Tabellen nedenfor fremhæver de vigtigste forskelle for at hjælpe dig med at vælge den mest passende motortype til din applikation.

Kerne-DC-motor

En kernemotor med børstet jævnstrøm er den mest populære motortype på grund af dens omkostningseffektivitet i fremstilling og produktion i store mængder. En kernemotor består af en rotor (roterende), stator (stationær), kommutator (almindeligvis med børstet spænding) og permanente feltmagneter. Derudover er ankerviklinger viklet omkring jernkernen og forbundet til kommutatoren.

Børsterne, der er i kontakt med kommutatoren, er lavet af grafit/kulstof, hvilket tillader en tilsluttet strøm at passere gennem og ind i ankerviklingerne. Strømmen gennem viklingerne producerer et magnetfelt, der interagerer med de stationære magneter og genererer en kraft, der roterer jernkernen og derved drejer motorakslen.

Disse motorer er ideelle til krævende applikationer på grund af deres høje startmoment og stive jernkerne. De er mindre tilbøjelige til at overophede takket være jernkernen, der fungerer som køleplade. Storskalaapplikationer omfatter elbiler, elevatorer og pumper. Småskalaapplikationer omfatter lokomotivsæt, elektriske tandbørster og andet legetøj.

Fordele

• Mere omkostningseffektiv.
• Højt startmoment.
• Hastighedskontrol over et bredt spændingsområde.
• Hurtig start, stop og bakning.
• Fri for harmoniske lyde.

Ulemper

• Lavere elektrisk virkningsgrad (ca. 50%).
• Høj vedligeholdelse på grund af slidte børster.

Kerneløs DC-motor

Hvad er en kerneløs motor? Den ligner en jævnstrømsmotor med kerner, idet den har børster og en kommutator. Du finder også børsteløse varianter. Forskellen er dog, at rotorviklingerne er viklet skævt (eller bikageformet) for at danne en selvbærende hul cylinder, som normalt er epoxybelagt for stabilitet.

Statoren, som sidder inde i den hule cylinder, er lavet af en sjælden jordartsmagnet, såsom neodym, AlNiCo (aluminium-nikkel-kobolt) eller SmCo (samarium-kobolt). Børsterne i en kerneløs motor kan være lavet af ædelmetal (f.eks. sølv, guld eller platin) eller grafit. Trådcylinderen fordeler magnetfeltet i hele strukturen, når en elektrisk strøm påføres ledningerne, der er forbundet til børsterne og kommutatoren, som interagerer med den sjældne jordartsmagnet for at producere en kraft og rotere akslen.

Kerneløse motorer åbner op for en bred vifte af muligheder for brug i robotteknologi. Nogle få anvendelser omfatter deres omfattende anvendelse i proteser, insulinpumper, laboratorieudstyr og røntgenmaskiner – som alle kræver positionering med høj nøjagtighed.

Fordele

• Lille, let og kompakt design.
• Lav støj og vibrationsdrift.
• Høj effektivitet (ca. 90%).
• Længere levetid på grund af mindre elektroerosion.
• Høje accelerations- og decelerationshastigheder.
• Lineære hastigheds-/momentkarakteristika giver mulighed for nemmere styring.

Ulemper

• Væsentligt dyrere.
• Kan ikke håndtere termiske overbelastninger, da der ikke er nogen jernkerne, der fungerer som køleplade for rotorviklingerne.
• Kræver yderligere elektronik (f.eks. dekodere).

Kommunikationsprotokoller

Hvis du vælger en DC-motor med eller uden kerne, skal du overveje kommunikationsprotokollerne for hver enkelt. De primære kommunikationsprotokoller omfatter RS-485 og TTL/PWM-kommunikation. Hvilken du vælger, vil også bestemme, hvilken type motor du kan bruge.

RS-485-kommunikation

RS-485-kommunikation er en populær seriel kommunikationsprotokol, der giver højhastighedsdataoverførsel mellem enheder. Det er en robust og pålidelig kommunikationsstandard, der er i stand til at levere pålidelige data over lange afstande.

Progressive Automations tilbyder den lineære aktuator PA-12 med høj præcision, som kan styres ved hjælp af en Arduino-mikrocontroller. Der tilbydes dog to varianter, den ene bruger en DC-motor med kerne (PA-12-T) og en anden ved hjælp af en kerneløs DC-motor (PA-12-R).

Hvis man vælger den kerneløse variant, skal RS-485-kommunikation anvendes. Denne protokol implementeres nemt ved at bruge et TTL til RS-485-modul til at kommunikere med Arduinoen. Alternativt kan man bruge en anden mikrocontroller, som kommunikerer via RS-485 direkte fra æsken.

TTL/PWM-kommunikation

De PA-12-T Den lineære aktuator kan styres direkte med en Arduino-mikrocontroller via TTL/PWM-kommunikation, hvilket reducerer omkostningerne til yderligere kommunikationskonverteringsmoduler. Den lineære aktuator har præcis positionskontrol med en nøjagtighed på op til 100 µm.

I betragtning af de tidligere diskuterede fordele og ulemper ved kerne-DC-motorer og kerneløse motorer, vil den bedste løsning afhænge af applikationen. Begge PA-12 lineære aktuatorer giver præcis positionskontrol, men kommunikationsprotokollerne er forskellige.

Feedback

En nøglefaktor for at bestemme, hvilken DC-motor man skal vælge, er at beslutte, om der skal tilføjes en form for feedback. Feedback refererer til enhver information, som en controller kan bruge til at overvåge en proces og foretage korrektioner. For eksempel er potentiometre, hall-effektsensorer og encodere i tilfælde af en DC-motor almindelige typer feedback.

Et potentiometer omdanner en DC-motor til en servomotor, hvilket muliggør præcis positions- og hastighedskontrol. Denne type feedback kan anvendes på en DC-motor med eller uden kerne, men det er vigtigt at overveje de forskellige feedbackmuligheder for at træffe den bedste beslutning, der passer til applikationen. Hvis du har brug for høj effektivitet og høj nøjagtighed, skal du vælge en DC-motor uden kerne med en encoder som en pålidelig feedbackmulighed. Denne mulighed er dog ret dyr og afhænger af dine budgetmæssige begrænsninger.

Ofte stillede spørgsmål: Kernemotorer vs. kerneløse DC-motorer

Hvad er forskellen på en kernemotor og en kerneløs DC-motor?
En jævnstrømsmotor med kerne bruger en jernkerne omviklet med kobberviklinger som rotor, mens en jævnstrømsmotor uden kerne har rotorens viklinger viklet skævt (eller bikageformet) for at danne en selvbærende hul cylinder.

Er kerneløse DC-motorer mere effektive end kernemotorer?
Ja, kerneløse DC-motorer er typisk mere effektive. Fraværet af en jernkerne reducerer magnetiske tab, hvilket giver mulighed for bedre energieffektivitet, lavere varmeudvikling og forbedret ydeevne i applikationer, der kræver hyppige starter, stop eller præcis hastighedskontrol.

Hvilken DC-motor er bedre til højpræcisionsapplikationer?
Kerneløse DC-motorer er generelt det bedre valg til højpræcisionsapplikationer. Deres lave inerti muliggør hurtig acceleration og deceleration, jævnere bevægelse og mere præcis hastigheds- og positionskontrol.

Overopheder kerneløse DC-motorer hurtigere end kernemotorer?
Kerneløse jævnstrømsmotorer er mere tilbøjelige til at overophede og er mindre i stand til at håndtere termiske overbelastninger, da der ikke er nogen jernkerne til at fungere som køleplade for rotorviklingerne.

Hvornår skal jeg vælge en motor med kerne i stedet for en motor uden kerne?
En jævnstrømsmotor med kerne er det bedre valg, når højere startmoment, enkel betjening og omkostningseffektivitet er prioriteten.

Konklusion

Vi har fremhævet fordele og ulemper ved kernemotorer med og uden kerne, samt kommunikationsprotokoller og feedbackmuligheder. Progressive Automations tilbyder en række lineære aktuatorer, der indeholder en blanding af disse aktuatorer/enheder/sensorer.

Beslutningen afhænger af mange faktorer, såsom specifikationerne for den lineære aktuator, som DC-motoren er tilsluttet, prisen og det krævede nøjagtighedsniveau. Applikationen vil bestemme den nødvendige motor, og motoren vil bestemme specifikationerne for den lineære aktuator. For mere information om Progressive Automations-produkter eller for yderligere support, kontakt os i dag.