Porszívós vagy mag nélküli egyenáramú motorok - Melyiket válassza?

Egy kefés egyenáramú villanymotor Lorentz-törvénye segítségével alakítja át az elektromos energiát mechanikai energiává, amely kimondja, hogy „egy mágneses mezőbe helyezett, áramvezető vezető erőhatásnak lesz kitéve”. Ez az erő többféleképpen is felhasználható, például egy lineáris működtetőben a forgómozgás lineáris mozgássá alakítására.

A Progressive Automations számos lehetőséget kínál lineáris aktuátorok magvas vagy mag nélküli egyenáramú motort tartalmaz, de melyik típust érdemes választani, és miért? Megvizsgáljuk a magvas és a mag nélküli egyenáramú motorok közötti különbségeket a felépítésük, valamint az előnyeik és hátrányaik áttekintésével. Ezenkívül megvizsgáljuk a különböző motorok működését, kommunikációs protokolljait és visszacsatolását, hogy megalapozott döntést hozhasson.

Porszívós és mag nélküli egyenáramú motorok: Összehasonlító táblázat

Egyenáramú motor kiválasztásakor kritikus fontosságú megérteni a magvas és a mag nélküli egyenáramú motorok közötti különbségeket. Az egyenáramú motorok egyértelmű összehasonlítása segít a mérnököknek és a tervezőknek egyensúlyt teremteni a teljesítmény, a hatékonyság, a költségek és az alkalmazási követelmények között. Míg a mag nélküli motor hatékonysága, pontossága és reagálóképessége meggyőző előnyök, a magvas motor előnyei, mint például a nyomaték, a tartósság és a megfizethetőség, szintén gyakorlati szempontok, amelyeket érdemes figyelembe venni. Az alábbi táblázat kiemeli a legfontosabb különbségeket, hogy segítsen kiválasztani az alkalmazásához legmegfelelőbb motortípust.

Magos egyenáramú motor

A porbeles, kefés egyenáramú motor a legnépszerűbb motortípus, mivel költséghatékonyan gyártható és nagy mennyiségben előállítható. A porbeles motor egy forgórészből, egy állórészből, egy kommutátorból (általában kefés) és permanens mágnesekből áll. Ezenkívül armatúratekercsek vannak feltekercselve a vasmagra, és csatlakoznak a kommutátorhoz.

A kommutátorral érintkező kefék grafit/szén keverékből készülnek, amely lehetővé teszi az áram áthaladását az armatúra tekercseiben. A tekercseken átfolyó áram mágneses mezőt hoz létre, amely kölcsönhatásba lép az álló mágnesekkel, és erőt generál, amely forgatja a vasmagot, ezáltal forgatva a motor tengelyét.

Ezek a motorok ideálisak igényes alkalmazásokhoz a nagy indítónyomaték és a merev vasmag miatt. A hűtőbordaként működő vasmagnak köszönhetően kisebb a túlmelegedés veszélye. A nagyméretű alkalmazások közé tartoznak az elektromos autók, liftek és szivattyúk. A kisebb méretű alkalmazások közé tartoznak a mozdonyszerelvények, elektromos fogkefék és egyéb játékok.

Előnyök

• Költséghatékonyabb.
• Nagy indítónyomaték.
• Sebességszabályozás széles feszültségtartományban.
• Gyors indítás, megállás és tolatás.
• Felharmonikusoktól mentes.

Hátrányok

• Alacsonyabb elektromos hatásfok (körülbelül 50%).
• Magas karbantartási igény a kopó kefék miatt.

Mag nélküli egyenáramú motor

Mi az a mag nélküli motor? Hasonló a maggal ellátott egyenáramú motorhoz, mivel kefékkel és kommutátorral rendelkezik. Léteznek kefe nélküli változatok is. A különbség azonban az, hogy a rotorok tekercsei ferdén (vagy méhsejtszerűen) vannak tekercselve, így egy önhordó üreges hengert alkotnak, amelyet általában epoxigyantával vonnak be a stabilitás érdekében.

Az üreges henger belsejében elhelyezkedő állórész ritkaföldfém mágnesből, például neodímiumból, AlNiCo-ból (alumínium-nikkel-kobalt) vagy SmCo-ból (szamárium-kobalt) készül. A mag nélküli motor keféi nemesfémből (pl. ezüstből, aranyból vagy platinából) vagy grafitból készülhetnek. A huzalhenger elosztja a mágneses mezőt a szerkezetben, amikor elektromos áramot alkalmaznak a kefékre és a kommutátorra csatlakoztatott vezetékeken, amely kölcsönhatásba lép a ritkaföldfém mágnessel, erőt hoz létre és forgatja a tengelyt.

A mag nélküli motorok számos lehetőséget kínálnak a robotikában való felhasználásra. Néhány alkalmazási területük közé tartozik a protézisekben, inzulinpumpákban, laboratóriumi berendezésekben és röntgengépekben való széles körű alkalmazásuk – mindegyik nagy pontosságú pozicionálást igényel.

Előnyök

• Kicsi, könnyű és kompakt kialakítás.
• Alacsony zajszintű és vibrációs működés.
• Magas hatékonyságú (körülbelül 90%).
• Hosszabb élettartam a kisebb elektrosztatikus eróziónak köszönhetően.
• Magas gyorsulási és lassulási sebességek.
• Lineáris sebesség/nyomaték jelleggörbék, amelyek megkönnyítik a vezérlést.

Hátrányok

• Jelentősen drágább.
• Nem képes kezelni a termikus túlterhelést, mivel nincs vasmag, amely a rotor tekercseinek hűtőbordaként működne.
• További elektronikát igényel (pl. dekódereket).

Kommunikációs protokollok

Ha magvas vagy mag nélküli egyenáramú motort választ, figyelembe kell vennie mindkét típus kommunikációs protokollját. Az elsődleges kommunikációs protokollok közé tartozik az RS-485 és a TTL/PWM kommunikáció. A választott protokoll meghatározza a használható motor típusát is.

RS-485 kommunikáció

Az RS-485 kommunikáció egy népszerű soros kommunikációs protokoll, amely nagy sebességű adatátvitelt biztosít az eszközök között. Ez egy robusztus, megbízható kommunikációs szabvány, amely képes megbízható adatokat szolgáltatni nagy távolságokon keresztül.

A Progressive Automations kínálja a PA-12 nagy pontosságú lineáris aktuátort, amely Arduino mikrovezérlővel vezérelhető. Két változatban is elérhető, az egyikben egy magos egyenáramú motor (PA-12-T) és egy másik, amely mag nélküli egyenáramú motort használ (PA-12-R).

Ha a mag nélküli változatot választja, akkor RS-485 kommunikációt kell használnia. Ez a protokoll könnyen megvalósítható egy TTL-RS-485 modul használatával az Arduinoval való kommunikációhoz. Alternatív megoldásként egy másik mikrovezérlő is használható, amely közvetlenül az RS-485-ön keresztül kommunikál.

TTL/PWM kommunikáció

A PA-12-T A lineáris aktuátor közvetlenül vezérelhető egy Arduino mikrovezérlővel TTL/PWM kommunikáción keresztül, ami csökkenti a további kommunikációs átalakító modulok költségét. A lineáris aktuátor precíz pozíciószabályozással rendelkezik, akár 100 μm pontossággal.

Figyelembe véve a korábban tárgyalt, magvas és mag nélküli egyenáramú motorok előnyeit és hátrányait, a legjobb megoldás az alkalmazástól függ. Mindkét PA-12 lineáris aktuátor pontos pozíciószabályozást biztosít, de a kommunikációs protokollok eltérőek.

Visszacsatolás

A megfelelő egyenáramú motor kiválasztásának egyik kulcsfontosságú tényezője, hogy csatlakoztatunk-e valamilyen visszacsatolást. A visszacsatolás minden olyan információra vonatkozik, amelyet a vezérlő felhasználhat egy folyamat monitorozására és korrekciók elvégzésére. Például egy egyenáramú motor esetében a potenciométerek, a Hall-effektus-érzékelők és az enkóderek a visszacsatolás gyakori típusai.

A potenciométer egy egyenáramú motort szervomotorrá alakít, lehetővé téve a precíz pozíció- és fordulatszám-szabályozást. A visszacsatolás típusa alkalmazható magvas vagy mag nélküli egyenáramú motorokra, de a legjobb döntés meghozatalához elengedhetetlen a különböző visszacsatolási lehetőségek mérlegelése az alkalmazásnak megfelelően. Ha nagy hatékonyságra és nagy pontosságra van szüksége, válasszon mag nélküli egyenáramú motort jeladóval, mint megbízható visszacsatolási lehetőséget. Ez a lehetőség azonban meglehetősen drága, és a költségvetési korlátoktól függ.

GYIK: Porszívós vs. mag nélküli egyenáramú motorok

Mi a különbség a magvas és a mag nélküli egyenáramú motor között?
A magvas egyenáramú motor réztekercsekkel tekercselt vasmagot használ rotorként, míg a mag nélküli egyenáramú motor rotortekercsei ferde (vagy méhsejtszerű) módon vannak feltekercselve, így egy önhordó üreges hengert alkotnak.

A mag nélküli egyenáramú motorok hatékonyabbak a magos motoroknál?
Igen, a mag nélküli egyenáramú motorok jellemzően hatékonyabbak. A vasmag hiánya csökkenti a mágneses veszteségeket, ami jobb energiahatékonyságot, alacsonyabb hőtermelést és jobb teljesítményt tesz lehetővé olyan alkalmazásokban, amelyek gyakori indítást, leállítást vagy pontos fordulatszám-szabályozást igényelnek.

Melyik egyenáramú motor jobb nagy pontosságú alkalmazásokhoz?
A mag nélküli egyenáramú motorok általában a jobb választást jelentik a nagy pontosságú alkalmazásokhoz. Alacsony tehetetlenségük gyors gyorsulást és lassulást, simább mozgást, valamint pontosabb sebesség- és pozíciószabályozást tesz lehetővé.

A mag nélküli egyenáramú motorok gyorsabban túlmelegednek, mint a magos motorok?
A mag nélküli egyenáramú motorok nagyobb valószínűséggel túlmelegednek, és kevésbé képesek kezelni a hőterhelést, mivel nincs vasmag, amely a rotor tekercseinek hűtőbordaként működne.

Mikor válasszak porszívós motort a mag nélküli motor helyett?
A porbeles egyenáramú motor a jobb választás, ha a nagyobb indítónyomaték, az egyszerű kezelhetőség és a költséghatékonyság a legfontosabb.

Következtetés

Kiemeltük a magvas és mag nélküli egyenáramú motorok előnyeit és hátrányait, valamint a kommunikációs protokollokat és a visszacsatolási lehetőségeket. A Progressive Automations különféle lineáris aktuátorokat kínál, amelyek ezen aktuátorok/eszközök/érzékelők keverékét tartalmazzák.

A döntés számos tényezőtől függ, például az egyenáramú motorhoz csatlakoztatott lineáris aktuátor specifikációitól, az ártól és a szükséges pontossági szinttől. Az alkalmazás határozza meg a szükséges motort, a motor pedig a lineáris aktuátor specifikációit. A Progressive Automations termékeivel kapcsolatos további információkért vagy további támogatásért látogasson el a következő weboldalra: lépjen kapcsolatba velünk ma.