Fırçalı bir DC elektrik motoru, “manyetik bir alan içine yerleştirilen, üzerinden akım geçen bir iletkenin bir kuvvete maruz kalacağını” belirten Lorentz Yasası’nı kullanarak elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür. Bu kuvvet, döner hareketi doğrusal harekete çevirmek için bir lineer aktüatörde olduğu gibi çeşitli şekillerde kullanılabilir.
Progressive Automations, içinde çekirdekli veya çekirdeksiz bir DC motor bulunan çeşitli lineer aktüatörler sunar; peki hangi tipi seçmeli ve neden? Çekirdekli ve çekirdeksiz DC motorlar arasındaki farkları, yapıları ile artı ve eksilerine bakarak inceliyoruz. Ayrıca bilinçli bir karar verebilmeniz için farklı motorların çalışma biçimini, iletişim protokollerini ve geri beslemesini ele alıyoruz.
Çekirdekli DC Motor
Çekirdekli, fırçalı DC motor, yüksek adetlerde üretim ve imalatta maliyet etkinliği nedeniyle en popüler motor çeşididir. Çekirdekli bir motor; rotor (dönen), stator (sabit), komütatör (genellikle fırçalı) ve daimi alan mıknatıslarından oluşur. Ek olarak, endüvi sargıları demir çekirdeğin etrafına sarılır ve komütatöre bağlanır.
Komütatörle temas eden fırçalar grafit/karbondan yapılır; bu sayede bağlı akım, endüvi sargılarından geçebilir. Sargılardan geçen akım, sabit mıknatıslarla etkileşen bir manyetik alan oluşturur ve bir kuvvet meydana getirir; bu kuvvet demir çekirdeği döndürerek motor milini çevirir.
Bu motorlar, yüksek ilk kalkış torkları ve rijit demir çekirdekleri sayesinde zorlu uygulamalar için idealdir. Demir çekirdeğin ısı emici gibi davranması nedeniyle aşırı ısınmaya daha az meyillidirler. Büyük ölçekli uygulamalara elektrikli arabalar, asansörler ve pompalar örnek verilebilir. Küçük ölçekli uygulamalara ise lokomotif setleri, elektrikli diş fırçaları ve diğer oyuncaklar dahildir.
Artıları
- Daha maliyet etkindir.
- Yüksek ilk kalkış torku.
- Geniş bir gerilim aralığında hız kontrolü.
- Hızlı başlatma, durdurma ve ters çevirme.
- Harmoniklerden arınmış çalışma.
Eksileri
- Daha düşük elektriksel verim (yaklaşık %50).
- Fırçaların aşınması nedeniyle yüksek bakım ihtiyacı.
Çekirdeksiz DC Motor
Çekirdeksiz motor nedir? Fırça ve komütatöre sahip olması bakımından çekirdekli bir DC motora benzer. Fırçasız çeşitleri de mevcuttur. Fark ise rotor sargılarının, genellikle stabilite için epoksi ile sertleştirilen, kendi kendini taşıyan içi boş bir silindir oluşturacak şekilde eğik (veya petek) biçimde sarılmasıdır.
İçi boş silindirin içinde yer alan stator, Neodimyum, AlNiCo (alüminyum-nikel-kobalt) veya SmCo (samaryum-kobalt) gibi nadir toprak mıknatıslarından yapılır. Çekirdeksiz bir motordaki fırçalar değerli metallerden (ör. gümüş, altın veya platin) ya da grafitten üretilebilir. Fırçalar ve komütatöre bağlı uçlara elektrik akımı uygulandığında tel silindir, manyetik alanı tüm yapı boyunca dağıtır; bu alan nadir toprak mıknatısıyla etkileşerek bir kuvvet üretir ve mili döndürür.
Çekirdeksiz motorlar, robotik kullanım için çok çeşitli olanaklar sunar. Protezler, insülin pompaları, laboratuvar ekipmanları ve röntgen makineleri gibi yüksek doğruluklu konumlandırma gerektiren birçok uygulamada yaygın olarak kullanılırlar.
Artıları
- Küçük, hafif ve kompakt tasarım.
- Düşük gürültü ve titreşimli çalışma.
- Yüksek verim (yaklaşık %90).
- Daha az elektro-erozyon nedeniyle daha uzun ömür.
- Yüksek ivmelenme ve yavaşlama oranları.
- Daha kolay kontrol sağlayan doğrusal hız/tork karakteristiği.
Eksileri
- Belirgin şekilde daha pahalı.
- Rotor sargıları için ısı emici görevi görecek bir demir çekirdek olmadığından termal aşırı yükleri kaldıramaz.
- Ek elektronik (ör. dekoderler) gerektirir.
İletişim Protokolleri
Çekirdekli veya çekirdeksiz bir DC motor tercih edecekseniz, her biri için kullanılacak iletişim protokollerini dikkate almalısınız. Birincil iletişim protokolleri arasında RS-485 ve TTL/PWM iletişimi bulunur. Seçiminiz, hangi tip motoru kullanabileceğinizi de belirler.
RS-485 İletişimi
RS-485 iletişimi, cihazlar arasında yüksek hızlı veri aktarımı sağlayan popüler bir seri iletişim protokolüdür. Uzun mesafelerde güvenilir veri iletimi sunabilen, sağlam ve güvenilir bir iletişim standardıdır.
Progressive Automations, bir Arduino mikrodenetleyici ile kontrol edilebilen PA-12 yüksek hassasiyetli lineer aktüatörü sunar. Ancak iki farklı çeşit mevcuttur: biri çekirdekli bir DC motor kullanan (PA-12-T) ve diğeri çekirdeksiz bir DC motor kullanan (PA-12-R).
Çekirdeksiz çeşidi seçiyorsanız RS-485 iletişimi kullanılmalıdır. Bu protokol, Arduino ile iletişim kurmak için bir TTL - RS-485 dönüştürücü modülü kullanılarak kolayca uygulanabilir. Alternatif olarak, kutudan çıkar çıkmaz RS-485 ile iletişim kurabilen başka bir mikrodenetleyici de kullanılabilir.
TTL/PWM İletişimi
PA-12-T lineer aktüatör, ek iletişim dönüştürme modüllerinin maliyetini azaltarak TTL/PWM iletişimi üzerinden bir Arduino mikrodenetleyici ile doğrudan kontrol edilebilir. Lineer aktüatör, 100 µm’ye kadar doğrulukla hassas konum kontrolüne sahiptir.
Daha önce tartışılan çekirdekli ve çekirdeksiz DC motorların artı ve eksilerini göz önünde bulundurduğunuzda, en iyi çözüm uygulamaya bağlı olacaktır. Her iki PA-12 lineer aktüatör de doğru konum kontrolü sağlar ancak kullandıkları iletişim protokolleri farklıdır.
Geri besleme
Hangi DC motoru seçeceğinizi belirlemede kilit bir faktör, bir tür geri besleme ekleyip eklemeyeceğinize karar vermektir. Geri besleme, bir kontrolörün bir süreci izlemek ve düzeltmeler yapmak için kullanabileceği herhangi bir bilgiyi ifade eder. Örneğin bir DC motor söz konusu olduğunda potansiyometreler, Hall etkili sensörler ve enkoderler yaygın geri besleme türleridir.
Bir potansiyometre, konum ve hızın hassas kontrolüne izin vererek bir DC motoru bir servo motora dönüştürür. Geri besleme türü, çekirdekli ya da çekirdeksiz bir DC motora uygulanabilir; ancak uygulamaya en uygun kararı verebilmek için farklı geri besleme seçeneklerini değerlendirmek önemlidir. Yüksek verim ve yüksek doğruluk istiyorsanız, güvenilir bir geri besleme seçeneği olarak enkoderli bir çekirdeksiz DC motor tercih edin. Bununla birlikte bu seçenek oldukça pahalıdır ve bütçe kısıtlarınıza bağlıdır.
Sonuç
Çekirdekli ve çekirdeksiz DC motorların artı ve eksilerini; ayrıca iletişim protokolleri ve geri besleme seçeneklerini vurguladık. Progressive Automations, bu aktüatör/cihaz/sensörlerin bir karışımını içeren çeşitli lineer aktüatörler sunar.
Karar; DC motorun bağlı olduğu lineer aktüatörün teknik özellikleri, fiyat ve gereken doğruluk seviyesi gibi birçok faktöre bağlıdır. Uygulama hangi motorun gerektiğini, motor ise lineer aktüatörün özelliklerini belirleyecektir. Progressive Automations ürünleri hakkında daha fazla bilgi veya ek destek için bugün bizimle iletişime geçin.