Cored vs Coreless DC Motors - Which Should You Choose?

Motores CC con núcleo o sin núcleo: ¿cuál debería elegir?

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Un motor eléctrico de CC con escobillas convierte la energía eléctrica en energía mecánica utilizando la ley de Lorentz, que establece que " un conductor portador de corriente colocado en un campo magnético experimentará una fuerza". Esta fuerza se puede utilizar de diversas formas, como en un actuador lineal para convertir el movimiento de rotación en movimiento lineal.

Progressive Automations ofrece una variedad de actuadores lineales que contienen un motor de CC con o sin núcleo, pero ¿qué tipo debería elegir y por qué? Investigamos las diferencias entre un motor de CC con y sin núcleo observando su construcción y sus ventajas y desventajas. Además, analizamos el funcionamiento, los protocolos de comunicación y la retroalimentación de diferentes motores para permitirle tomar una decisión informada.

Motor CC con núcleo

Un motor de CC con núcleo y escobillas es la variedad de motor más popular debido a su rentabilidad para fabricar y producir en grandes volúmenes. Un motor con núcleo consta de un rotor (rotativo), un estator (estacionario), un conmutador (comúnmente con escobillas) e imanes de campo permanente. Además, los devanados de la armadura se enrollan alrededor del núcleo de hierro y se conectan al conmutador.

Esquema de motor CC con núcleo

Las escobillas que hacen contacto con el conmutador están hechas de grafito/carbono, lo que permite que una corriente conectada pase a través de los devanados del inducido. La corriente a través de los devanados produce un campo magnético que interactúa con los imanes estacionarios y genera una fuerza que hace girar el núcleo de hierro y, por lo tanto, hace girar el eje del motor.

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Estos motores son ideales para aplicaciones exigentes debido a su alto par de arranque y su núcleo de hierro rígido. Es menos probable que se sobrecalienten gracias al núcleo de hierro que actúa como disipador de calor. Las aplicaciones a gran escala incluyen coches eléctricos, ascensores y bombas. Las aplicaciones a pequeña escala incluyen locomotoras, cepillos de dientes eléctricos y otros juguetes.

Ventajas

  • Más rentable.
  • Alto par de arranque.
  • Control de velocidad en una amplia gama de voltajes.
  • Arranque, parada y marcha atrás rápidos.
  • Libre de armónicos.

Contras

  • Menores eficiencias eléctricas (aproximadamente 50%).
  • Alto mantenimiento debido al desgaste de las escobillas.

Motor CC sin núcleo

¿Qué es un motor sin núcleo? Es similar a un motor de CC con núcleo en que tiene escobillas y un conmutador. También obtienes variedades sin escobillas. Sin embargo, la diferencia es que los devanados de los rotores están enrollados en forma sesgada (o en forma de panal) para formar un cilindro hueco autoportante, que generalmente está recubierto de epoxi para mayor estabilidad.

Esquema de motor sin núcleo

El estator, que se encuentra dentro del cilindro hueco, está hecho de un imán de tierras raras, como neodimio, AlNiCo (aluminio-níquel-cobalto) o SmCo (samario-cobalto). Las escobillas de un motor sin núcleo pueden estar fabricadas de metales preciosos (p. ej. plata, oro o platino) o grafito. El cilindro de alambre distribuye el campo magnético por toda la estructura cuando se aplica una corriente eléctrica a los cables conectados a las escobillas y al conmutador, que interactúa con el imán de tierras raras para producir una fuerza y ​​hacer girar el eje.

Los motores sin núcleo abren una amplia variedad de posibilidades de uso en robótica. Algunas aplicaciones incluyen su uso extensivo en prótesis, bombas de insulina, equipos de laboratorio y máquinas de rayos X, todos los cuales requieren un posicionamiento de alta precisión.

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¡El PA-12-R utiliza un motor sin núcleo y comunicación TTL/PWM!

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Ventajas

  • Diseño pequeño, ligero y compacto.
  • Funcionamiento con bajo nivel de ruido y vibración.
  • Altamente eficiente (aproximadamente 90%).
  • Mayor vida útil debido a una menor electroerosión.
  • Altas tasas de aceleración y desaceleración.
  • Características lineales de velocidad/par que permiten un control más fácil.

Contras

  • Significativamente más caro.
  • No puede soportar sobrecargas térmicas ya que no hay un núcleo de hierro que actúe como disipador de calor para los devanados del rotor.
  • Requiere electrónica adicional (por ejemplo, decodificadores).

Protocolos de comunicación

Si opta por un motor CC con o sin núcleo, debe considerar los protocolos de comunicación de cada uno. Los protocolos de comunicación principales incluyen comunicación RS-485 y TTL/PWM. El que seleccione también determinará el tipo de motor que puede utilizar.

Comunicación RS-485

La comunicación RS-485 es un protocolo de comunicación serie popular que proporciona transferencia de datos de alta velocidad entre dispositivos. Es un estándar de comunicación sólido y confiable, capaz de proporcionar datos confiables a través de distancias extendidas.

Progressive Automations ofrece el actuador lineal de alta precisión PA-12, que se puede controlar mediante un microcontrolador Arduino. Sin embargo, se ofrecen dos variedades, una que utiliza un motor de CC con núcleo ( PA-12-T ) y otra que utiliza un motor de CC sin núcleo ( PA-12-R ).

PA-12 Actuador lineal

Si se opta por la variedad sin núcleo, se debe utilizar la comunicación RS-485. Este protocolo se implementa fácilmente mediante el uso de un módulo TTL a RS-485 para comunicarse con Arduino. Alternativamente, se puede utilizar otro microcontrolador, que se comunica a través de RS-485 nada más sacarlo de la caja.

Comunicación TTL/PWM

El actuador lineal PA-12-T se puede controlar directamente con un microcontrolador Arduino mediante comunicación TTL/PWM, lo que reduce el costo de módulos de conversión de comunicación adicionales. El actuador lineal tiene un control de posición preciso con una precisión de hasta 100um.

Teniendo en cuenta los pros y los contras de los motores de CC con y sin núcleo discutidos anteriormente, la mejor solución dependerá de la aplicación. Ambos actuadores lineales PA-12 proporcionan un control de posición preciso, pero los protocolos de comunicación son diferentes.

Comentario

Un factor clave para determinar qué motor de CC elegir es decidir si se adjunta algún tipo de retroalimentación. La retroalimentación se refiere a cualquier información que un controlador puede utilizar para monitorear un proceso y realizar correcciones. Por ejemplo, en el caso de un motor de CC, los potenciómetros, los sensores de efecto Hall y los codificadores son tipos comunes de retroalimentación.

Un potenciómetro convierte un motor de CC en un servomotor, lo que permite un control preciso de la posición y la velocidad. El tipo de retroalimentación se puede aplicar a un motor de CC con o sin núcleo, pero es esencial considerar las diversas opciones de retroalimentación para tomar la mejor decisión que se adapte a la aplicación. Si necesita alta eficiencia y alta precisión, opte por un motor CC sin núcleo con codificador como opción de retroalimentación confiable. Sin embargo, esta opción es bastante cara y dependerá de tus limitaciones presupuestarias.

Conclusión

Hemos destacado los pros y los contras de los motores CC con y sin núcleo, así como los protocolos de comunicación y las opciones de retroalimentación. Progressive Automations ofrece una variedad de actuadores lineales que contienen una combinación de estos actuadores/dispositivos/sensores.

La decisión depende de muchos factores, como las especificaciones del actuador lineal al que está conectado el motor de CC, el precio y el nivel de precisión requerido. La aplicación determinará el motor que se necesita y el motor determinará las especificaciones del actuador lineal. Para obtener más información sobre los productos de Progressive Automations o para obtener soporte adicional, contáctenos hoy.