Kjernede vs. kjerneløse likestrømsmotorer – hvilken bør du velge?

En børstet likestrømsmotor omdanner elektrisk energi til mekanisk energi ved hjelp av Lorentz lov, som sier at «en strømførende leder plassert i et magnetfelt vil oppleve en kraft». Denne kraften kan brukes på en rekke måter, for eksempel i en lineær aktuator for å konvertere rotasjonsbevegelse til lineær bevegelse.

Progressive Automations tilbyr en rekke lineære aktuatorer inneholder enten en kjernemotor med eller uten kjerne, men hvilken type bør du velge og hvorfor? Vi undersøker forskjellene mellom en kjernemotor og en kjernemotor uten kjernemotor ved å se på konstruksjonen og fordeler og ulemper. Videre ser vi på driften, kommunikasjonsprotokollene og tilbakemeldingene til forskjellige motorer, slik at du kan ta en informert beslutning.

Kjernede vs. kjerneløse likestrømsmotorer: Sammenligningstabell side om side

Når du velger en likestrømsmotor, er det avgjørende å forstå forskjellene mellom kjernemotorer og kjerneløse likestrømsmotorer. En tydelig sammenligning av likestrømsmotorer hjelper ingeniører og designere med å balansere ytelse, effektivitet, kostnader og applikasjonskrav. Mens effektivitet, presisjon og respons ved kjerneløse motorer er overbevisende fordeler, er fordeler med kjernemotorer, som dreiemoment, holdbarhet og overkommelighet, også praktiske aspekter å vurdere. Tabellen nedenfor fremhever de viktigste forskjellene for å hjelpe deg med å velge den mest passende motortypen for din applikasjon.

Kjerne-DC-motor

En kjernemotor med børstet likestrøm er den mest populære motorvarianten på grunn av kostnadseffektiviteten ved produksjon og produksjon i store volum. En kjernemotor består av en rotor (roterende), stator (stasjonær), kommutator (vanligvis børstet) og permanente feltmagneter. I tillegg er ankerviklinger viklet rundt jernkjernen og koblet til kommutatoren.

Børstene, som er i kontakt med kommutatoren, er laget av grafitt/karbon, som tillater en tilkoblet strøm å passere gjennom og inn i ankerviklingene. Strømmen gjennom viklingene produserer et magnetfelt som samhandler med de stasjonære magnetene og genererer en kraft som roterer jernkjernen, og dermed dreier motorakselen.

Disse motorene er ideelle for krevende applikasjoner på grunn av det høye startmomentet og den stive jernkjerne. De har mindre sannsynlighet for å overopphetes takket være jernkjernen som fungerer som kjøleribbe. Storskalaapplikasjoner inkluderer elbiler, heiser og pumper. Småskalaapplikasjoner inkluderer lokomotivsett, elektriske tannbørster og andre leker.

Fordeler

• Mer kostnadseffektivt.
• Høyt startmoment.
• Hastighetskontroll over et bredt spenningsområde.
• Rask start, stopp og reversering.
• Fri for harmoniske.

Ulemper

• Lavere elektrisk virkningsgrad (omtrent 50 %).
• Høyt vedlikeholdsbehov på grunn av slitasje på børster.

Kjerneløs likestrømsmotor

Hva er en kjerneløs motor? Den ligner på en kjernemotor med likestrøm ved at den har børster og en kommutator. Du finner også børsteløse varianter. Forskjellen er imidlertid at rotorens viklinger er viklet skjevt (eller bikakeformet) for å danne en selvbærende hul sylinder, som vanligvis er epoksybelagt for stabilitet.

Statoren, som sitter inne i den hule sylinderen, er laget av en sjeldne jordartsmagnet, som neodym, AlNiCo (aluminium-nikkel-kobolt) eller SmCo (samarium-kobolt). Børstene i en kjerneløs motor kan være laget av edelt metall (f.eks. sølv, gull eller platina) eller grafitt. Trådsylinderen fordeler magnetfeltet gjennom hele strukturen når en elektrisk strøm påføres ledningene som er koblet til børstene og kommutatoren, som samhandler med den sjeldne jordartsmagneten for å produsere en kraft og rotere akselen.

Kjerneløse motorer åpner for en rekke muligheter for bruk i robotikk. Noen få bruksområder inkluderer deres omfattende bruk i proteser, insulinpumper, laboratorieutstyr og røntgenmaskiner – som alle krever svært nøyaktig posisjonering.

Fordeler

• Liten, lett og kompakt design.
• Lav støy og vibrasjonsdrift.
• Svært effektiv (omtrent 90 %).
• Lengre levetid på grunn av mindre elektroerosjon.
• Høye akselerasjons- og retardasjonsrater.
• Lineære hastighets-/momentkarakteristikker gir enklere kontroll.

Ulemper

• Betydelig dyrere.
• Tåler ikke termiske overbelastninger, da det ikke er noen jernkjerne som fungerer som kjøleribbe for rotorviklingene.
• Krever ekstra elektronikk (f.eks. dekodere).

Kommunikasjonsprotokoller

Hvis du velger en likestrømsmotor med eller uten kjerne, må du vurdere kommunikasjonsprotokollene for hver enkelt. De primære kommunikasjonsprotokollene inkluderer RS-485 og TTL/PWM-kommunikasjon. Hvilken du velger vil også avgjøre hvilken type motor du kan bruke.

RS-485-kommunikasjon

RS-485-kommunikasjon er en populær seriell kommunikasjonsprotokoll som gir høyhastighets dataoverføring mellom enheter. Det er en robust og pålitelig kommunikasjonsstandard som er i stand til å gi pålitelige data over lange avstander.

Progressive Automations tilbyr den lineære aktuatoren PA-12 med høy presisjon, som kan styres ved hjelp av en Arduino-mikrokontroller. Det finnes imidlertid to varianter, én som bruker en DC-motor med kjerne (PA-12-T) og en annen som bruker en kjerneløs likestrømsmotor (PA-12-R).

Hvis man velger den kjerneløse varianten, må RS-485-kommunikasjon brukes. Denne protokollen implementeres enkelt ved å bruke en TTL til RS-485-modul for å kommunisere med Arduinoen. Alternativt kan man bruke en annen mikrokontroller som kommuniserer via RS-485 rett ut av esken.

TTL/PWM-kommunikasjon

De PA-12-T Den lineære aktuatoren kan styres direkte med en Arduino-mikrokontroller via TTL/PWM-kommunikasjon, noe som reduserer kostnadene for ekstra kommunikasjonskonverteringsmoduler. Den lineære aktuatoren har presis posisjonskontroll med en nøyaktighet på opptil 100 µm.

Med tanke på de tidligere omtalte fordelene og ulempene med kjernemotorer og kjerneløse likestrømsmotorer, vil den beste løsningen avhenge av applikasjonen. Begge PA-12 lineære aktuatorene gir nøyaktig posisjonskontroll, men kommunikasjonsprotokollene er forskjellige.

Tilbakemelding

En nøkkelfaktor for å bestemme hvilken likestrømsmotor man skal velge, er om man skal bruke en form for tilbakemelding. Tilbakemelding refererer til all informasjon som en kontroller kan bruke til å overvåke en prosess og gjøre korrigeringer. For eksempel, i tilfelle av en likestrømsmotor, er potensiometre, halleffektsensorer og kodere vanlige typer tilbakemelding.

Et potensiometer konverterer en likestrømsmotor til en servomotor, noe som gir presis posisjons- og hastighetskontroll. Denne typen tilbakemelding kan brukes på en kjerne-DC-motor eller en kjerneløs motor, men det er viktig å vurdere de ulike tilbakemeldingsalternativene for å ta den beste avgjørelsen som passer til applikasjonen. Hvis du trenger høy effektivitet og høy nøyaktighet, bør du velge en kjerneløs likestrømsmotor med en koder som et pålitelig tilbakemeldingsalternativ. Dette alternativet er imidlertid ganske dyrt og vil avhenge av budsjettbegrensningene dine.

Vanlige spørsmål: Kjernede vs. kjerneløse likestrømsmotorer

Hva er forskjellen mellom en kjernemotor og en kjerneløs likestrømsmotor?
En kjerne-DC-motor bruker en jernkjerne pakket inn i kobberviklinger som rotor, mens en kjerneløs DC-motor har rotorens viklinger viklet på en skjev (eller bikakeformet) måte for å danne en selvbærende hul sylinder.

Er kjerneløse likestrømsmotorer mer effektive enn kjernemotorer?
Ja, kjerneløse likestrømsmotorer er vanligvis mer effektive. Fraværet av en jernkjerne reduserer magnetiske tap, noe som gir bedre energieffektivitet, lavere varmeutvikling og forbedret ytelse i applikasjoner som krever hyppige starter, stopp eller presis hastighetskontroll.

Hvilken likestrømsmotor er bedre for høypresisjonsapplikasjoner?
Kjerneløse likestrømsmotorer er generelt det bedre valget for høypresisjonsapplikasjoner. Deres lave treghet muliggjør rask akselerasjon og retardasjon, jevnere bevegelse og mer nøyaktig hastighets- og posisjonskontroll.

Overopphetes kjerneløse likestrømsmotorer raskere enn kjernemotorer?
Kjerneløse likestrømsmotorer har større sannsynlighet for å overopphetes og er mindre i stand til å håndtere termiske overbelastninger, da det ikke er noen jernkjerne som fungerer som kjøleribbe for rotorviklingene.

Når bør jeg velge en kjernemotor i stedet for en kjerneløs motor?
En kjerne-DC-motor er det bedre alternativet når høyere startmoment, enkel betjening og kostnadseffektivitet er prioriteten.

Konklusjon

Vi har fremhevet fordeler og ulemper med kjernemotorer og kjerneløse likestrømsmotorer, samt kommunikasjonsprotokoller og tilbakemeldingsalternativer. Progressive Automations tilbyr en rekke lineære aktuatorer som inneholder en blanding av disse aktuatorene/enhetene/sensorene.

Avgjørelsen avhenger av mange faktorer, som spesifikasjonene til den lineære aktuatoren som likestrømsmotoren er koblet til, prisen og nøyaktighetsnivået som kreves. Applikasjonen vil avgjøre hvilken motor som trengs, og motoren vil avgjøre spesifikasjonene til den lineære aktuatoren. For mer informasjon om Progressive Automations-produkter eller for ytterligere støtte, kontakt oss i dag.