Ένας κινητήρας συνεχούς ρεύματος (DC) με ψήκτρες μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική χρησιμοποιώντας τον νόμο του Lorentz, σύμφωνα με τον οποίο «ένας αγωγός που διαρρέεται από ρεύμα και τοποθετείται σε μαγνητικό πεδίο θα δεχθεί δύναμη». Αυτή η δύναμη μπορεί να αξιοποιηθεί με πολλούς τρόπους, όπως σε έναν γραμμικό ενεργοποιητή για να μετατραπεί η περιστροφική κίνηση σε γραμμική.
Η Progressive Automations προσφέρει μια ποικιλία από γραμμικούς ενεργοποιητές που περιέχουν είτε κινητήρα DC με πυρήνα είτε χωρίς πυρήνα, αλλά ποιον τύπο θα πρέπει να επιλέξετε και γιατί; Εξετάζουμε τις διαφορές μεταξύ κινητήρα DC με πυρήνα και χωρίς πυρήνα, μελετώντας την κατασκευή τους καθώς και τα υπέρ και τα κατά. Επιπλέον, εξετάζουμε τη λειτουργία, τα πρωτόκολλα επικοινωνίας και την Ανάδραση διαφορετικών κινητήρων, ώστε να μπορείτε να λάβετε μια τεκμηριωμένη απόφαση.
Κινητήρας DC με πυρήνα
Ένας κινητήρας DC με πυρήνα και ψήκτρες είναι η πιο δημοφιλής εκδοχή, επειδή είναι οικονομικός στην κατασκευή και την παραγωγή σε μεγάλους όγκους. Ένας κινητήρας με πυρήνα αποτελείται από ρότορα (περιστρεφόμενο μέρος), στάτη (σταθερό μέρος), συλλέκτη (commutator, συνήθως με ψήκτρες) και μόνιμους μαγνήτες πεδίου. Επιπλέον, οι περιελίξεις του οπλισμού είναι τυλιγμένες γύρω από τον σιδηροπυρήνα και συνδέονται με τον συλλέκτη.
Οι ψήκτρες που έρχονται σε επαφή με τον συλλέκτη είναι από γραφίτη/άνθρακα, επιτρέποντας στο συνδεδεμένο ρεύμα να περάσει μέσα από τις περιελίξεις του οπλισμού. Το ρεύμα στις περιελίξεις δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που αλληλεπιδρά με τους σταθερούς μαγνήτες και παράγει δύναμη, η οποία περιστρέφει τον σιδηροπυρήνα και έτσι γυρίζει ο άξονας του κινητήρα.
Αυτοί οι κινητήρες είναι ιδανικοί για απαιτητικές εφαρμογές χάρη στη μεγάλη ροπή εκκίνησης και τον άκαμπτο σιδηροπυρήνα τους. Είναι λιγότερο πιθανό να υπερθερμανθούν επειδή ο σιδηροπυρήνας λειτουργεί ως ψύκτρα. Εφαρμογές μεγάλης κλίμακας περιλαμβάνουν ηλεκτρικά αυτοκίνητα, ανελκυστήρες και αντλίες. Εφαρμογές μικρής κλίμακας περιλαμβάνουν σετ ατμομηχανών, ηλεκτρικές οδοντόβουρτσες και άλλα παιχνίδια.
Υπέρ
- Πιο οικονομικοί.
- Υψηλή ροπή εκκίνησης.
- Έλεγχος Ταχύτητας σε ευρύ φάσμα τάσεων.
- Γρήγορη εκκίνηση, στάση και αναστροφή.
- Χωρίς αρμονικές.
Κατά
- Χαμηλότερες ηλεκτρικές αποδόσεις (περίπου 50%).
- Υψηλές ανάγκες συντήρησης λόγω φθοράς των ψηκτρών.
Κινητήρας DC χωρίς πυρήνα
Τι είναι ένας κινητήρας χωρίς πυρήνα; Μοιάζει με κινητήρα DC με πυρήνα στο ότι έχει ψήκτρες και συλλέκτη. Υπάρχουν επίσης εκδόσεις χωρίς ψήκτρες. Η διαφορά όμως είναι ότι οι περιελίξεις του ρότορα είναι τυλιγμένες λοξά (ή σε μορφή «κυψέλης»), σχηματίζοντας έναν αυτοφερόμενο κοίλο κύλινδρο, ο οποίος συνήθως επικαλύπτεται με εποξική ρητίνη για σταθερότητα.
Ο στάτης, που βρίσκεται μέσα στον κοίλο κύλινδρο, είναι φτιαγμένος από μαγνήτη σπανίων γαιών, όπως Νεοδύμιο, AlNiCo (αλουμίνιο-νικέλιο-κοβάλτιο) ή SmCo (σαμάριο-κοβάλτιο). Οι ψήκτρες σε έναν κινητήρα χωρίς πυρήνα μπορεί να είναι από πολύτιμα μέταλλα (π.χ. ασήμι, χρυσό ή πλατίνα) ή γραφίτη. Ο κυλινδρικός αγωγός κατανέμει το μαγνητικό πεδίο σε όλη τη δομή όταν εφαρμόζεται ηλεκτρικό ρεύμα στους ακροδέκτες που συνδέονται με τις ψήκτρες και τον συλλέκτη, το οποίο αλληλεπιδρά με τον μαγνήτη σπανίων γαιών για να παραχθεί δύναμη και να περιστραφεί ο άξονας.
Οι κινητήρες χωρίς πυρήνα ανοίγουν ένα ευρύ φάσμα δυνατοτήτων στη ρομποτική. Μερικές εφαρμογές περιλαμβάνουν την εκτεταμένη χρήση τους σε προσθετικά μέλη, αντλίες ινσουλίνης, εργαστηριακό εξοπλισμό και μηχανήματα ακτίνων Χ – όλα απαιτούν υψηλή ακρίβεια θέσης.
Υπέρ
- Μικρός, ελαφρύς και συμπαγής σχεδιασμός.
- Χαμηλά επίπεδα θορύβου και κραδασμών.
- Υψηλή απόδοση (περίπου 90%).
- Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής λόγω μικρότερης ηλεκτροδιάβρωσης.
- Υψηλοί ρυθμοί επιτάχυνσης και επιβράδυνσης.
- Γραμμικά χαρακτηριστικά Ταχύτητας/Ροπής που διευκολύνουν τον έλεγχο.
Κατά
- Σημαντικά πιο ακριβοί.
- Δεν μπορούν να διαχειριστούν θερμικές υπερφορτώσεις, καθώς δεν υπάρχει σιδηροπυρήνας που να λειτουργεί ως ψύκτρα για τις περιελίξεις του ρότορα.
- Απαιτούν πρόσθετα ηλεκτρονικά (π.χ. αποκωδικοποιητές).
Πρωτόκολλα Επικοινωνίας
Αν επιλέξετε κινητήρα DC με ή χωρίς πυρήνα, πρέπει να λάβετε υπόψη τα πρωτόκολλα επικοινωνίας για τον καθένα. Τα βασικά πρωτόκολλα περιλαμβάνουν RS-485 και επικοινωνία TTL/PWM. Το ποιο θα επιλέξετε καθορίζει και τον τύπο κινητήρα που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε.
Επικοινωνία RS-485
Η επικοινωνία RS-485 είναι ένα δημοφιλές σειριακό πρωτόκολλο που παρέχει υψηλής ταχύτητας μεταφορά δεδομένων μεταξύ συσκευών. Είναι ένα ανθεκτικό, αξιόπιστο πρότυπο επικοινωνίας, ικανό να παρέχει αξιόπιστα δεδομένα σε μεγάλες αποστάσεις.
Η Progressive Automations προσφέρει τον γραμμικό ενεργοποιητή υψηλής ακρίβειας PA-12, ο οποίος μπορεί να ελεγχθεί με έναν μικροελεγκτή Arduino. Προσφέρονται όμως δύο εκδόσεις, μία με κινητήρα DC με πυρήνα (PA-12-T) και μία άλλη με κινητήρα DC χωρίς πυρήνα (PA-12-R).
Αν επιλέξετε την έκδοση χωρίς πυρήνα, τότε πρέπει να χρησιμοποιηθεί επικοινωνία RS-485. Αυτό το πρωτόκολλο υλοποιείται εύκολα με τη χρήση ενός module TTL προς RS-485 για επικοινωνία με το Arduino. Εναλλακτικά, μπορεί να χρησιμοποιηθεί άλλος μικροελεγκτής που επικοινωνεί μέσω RS-485 άμεσα, εκτός συσκευασίας.
Επικοινωνία TTL/PWM
Ο γραμμικός ενεργοποιητής PA-12-T μπορεί να ελεγχθεί απευθείας με έναν μικροελεγκτή Arduino μέσω επικοινωνίας TTL/PWM, μειώνοντας το κόστος πρόσθετων modules μετατροπής επικοινωνίας. Ο γραμμικός ενεργοποιητής έχει ακριβή έλεγχο θέσης με ακρίβεια έως και 100um.
Λαμβάνοντας υπόψη τα προηγουμένως συζητημένα υπέρ και κατά των κινητήρων DC με και χωρίς πυρήνα, η καλύτερη λύση εξαρτάται από την εκάστοτε εφαρμογή. Και οι δύο γραμμικοί ενεργοποιητές PA-12 παρέχουν ακριβή έλεγχο θέσης, αλλά τα πρωτόκολλα επικοινωνίας είναι διαφορετικά.
Ανάδραση
Ένας βασικός παράγοντας για να αποφασίσετε ποιον κινητήρα DC να επιλέξετε είναι αν θα προσθέσετε κάποια μορφή Ανάδρασης. Ανάδραση είναι κάθε πληροφορία που μπορεί να χρησιμοποιήσει ένας ελεγκτής για να παρακολουθεί μια διαδικασία και να κάνει διορθώσεις. Για παράδειγμα, στην περίπτωση ενός κινητήρα DC, ποτενσιόμετρα, αισθητήρες φαινομένου Hall και κωδικοποιητές είναι συνηθισμένοι τύποι Ανάδρασης.
Ένα ποτενσιόμετρο μετατρέπει έναν κινητήρα DC σε σερβοκινητήρα, επιτρέποντας ακριβή έλεγχο θέσης και Ταχύτητας. Ο τύπος Ανάδρασης μπορεί να εφαρμοστεί τόσο σε κινητήρα DC με όσο και χωρίς πυρήνα, αλλά είναι σημαντικό να εξεταστούν οι διάφορες επιλογές Ανάδρασης για να ληφθεί η καλύτερη απόφαση για την εφαρμογή. Αν χρειάζεστε υψηλή απόδοση και υψηλή ακρίβεια, επιλέξτε έναν κινητήρα DC χωρίς πυρήνα με κωδικοποιητή ως αξιόπιστη επιλογή Ανάδρασης. Ωστόσο, αυτή η επιλογή είναι αρκετά ακριβή και θα εξαρτηθεί από τους δημοσιονομικούς περιορισμούς σας.
Συμπέρασμα
Αναδείξαμε τα υπέρ και τα κατά των κινητήρων DC με και χωρίς πυρήνα, καθώς και τα πρωτόκολλα επικοινωνίας και τις επιλογές Ανάδρασης. Η Progressive Automations προσφέρει μια ποικιλία γραμμικών ενεργοποιητών που περιέχουν έναν συνδυασμό από αυτούς τους ενεργοποιητές/συσκευές/αισθητήρες.
Η απόφαση εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως οι προδιαγραφές του γραμμικού ενεργοποιητή στον οποίο είναι συνδεδεμένος ο κινητήρας DC, η τιμή και το απαιτούμενο επίπεδο ακρίβειας. Η εφαρμογή θα καθορίσει τον κινητήρα που χρειάζεται, και ο κινητήρας θα καθορίσει τις προδιαγραφές του γραμμικού ενεργοποιητή. Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα προϊόντα της Progressive Automations ή για πρόσθετη υποστήριξη, επικοινωνήστε μαζί μας σήμερα.