Doğrusal hareket sistemleri, hassas lazer kesme sistemleri, laboratuvar otomasyon ekipmanları, yarı iletken imalat makineleri, CNC makineleri, fabrika otomasyonu ve diğer birçok liste gibi sayısız makinenin içinde bulunur. Bir binek araçtaki ucuz bir koltuk aktüatörü gibi nispeten basit olandan, kapalı döngü konumlandırma için kontrol ve sürücü elektronikleri ile tamamlanmış karmaşık, çok eksenli bir koordinat sistemine kadar değişir. Doğrusal hareket sistemi ne kadar basit veya karmaşık olursa olsun, en temel seviyede, hepsinin ortak bir yanı vardır: bir yükü belirli bir sürede doğrusal bir mesafeden hareket ettirin.

Doğrusal bir hareket sistemi tasarlarken en yaygın sorulardan biri motor teknolojisine odaklanır. Teknoloji seçildikten sonra, yük hızlanma taleplerini karşılamak, sistemdeki sürtünmenin üstesinden gelmek ve yerçekiminin etkisini aşmak için motorun boyutlandırılması gerekir. Motorun torku, hız, güç ve konumlandırma kapasitesi, sürücü ve kontrol ile birleştirilmiş motor tasarımının bir fonksiyonudur.

Hangi motorla başlamalıyım?

Belirli bir motor teknolojisini kullanarak doğrusal bir hareket sistemi tasarlarken dikkate alınması gereken birçok uygulama sorusu vardır. Tüm sürecin kapsamlı bir açıklaması bu makalenin kapsamı dışındadır. Amaç, bir motor tedarikçisiyle konuşurken doğru soruları sormayı düşünmenizi sağlamaktır.

Her uygulama için en iyi motor diye bir şey yok, daha ziyade belirli bir uygulama için en iyi motor. Artımlı hareket uygulamalarının büyük çoğunluğunda, seçim bir step motor, fırça DC motoru veya fırçasız DC motoru olacaktır. En karmaşık hareket sistemleri, mekanik güç dönüşümü ihtiyacından kaçınarak doğrudan yüke bağlı doğrusal motorları kullanabilir; Kurşun vidası/bilyalı vida, şanzıman veya kasnak sisteminden çeviriye gerek yoktur. Her ne kadar maksimum doğruluk, tekrarlanabilirlik ve konumlandırma çözünürlüğü, kırılmaz doğrudan tahrikli doğrusal servo sistemleri ile elde edilebilse de, döner motorlarla karşılaştırıldığında en yüksek maliyet ve karmaşıklıktır. Rotary motorlarını kullanan bir mimari çok daha ucuzdur ve doğrusal hareket uygulamalarının çoğunu karşılayacaktır; Bununla birlikte, yükü sürmek için bazı “döner-doğrusal” dönüşüm (ve sonuç olarak güç dönüşümü) gerekmektedir.

Step, fırça ve fırçasız motorların hepsi DC motorlar olarak kabul edilir; Bununla birlikte, bir mühendisin belirli bir uygulamada diğer ikisi üzerinde bir türü tercih etmesine neden olacak incelikler mevcuttur. Bu seçimin, sadece hız ve tork açısından değil, aynı zamanda konumlandırma doğruluğu, tekrarlanabilirliği ve çözünürlük gereksinimlerine göre sistemin tasarım gereksinimlerine büyük ölçüde bağlı olduğu vurgulanmalıdır. Her uygulama için mükemmel bir motor yoktur ve tüm kararlar tasarım değişimleri gerektirecektir. En temel düzeyde, tüm motorlar, ister AC veya DC, fırça, fırçasız veya bu konuda başka bir elektrik motoru olarak adlandırılırlar, tork üretmek için aynı fizik prensibi altında çalışır: manyetik alanların etkileşimi. Bununla birlikte, bu çeşitli motor teknolojilerinin belirli uygulamalarda yanıt vermesinde dramatik farklılıklar vardır. Genel motor performansı, tepki ve tork üretimi, fiziksel motor tasarımının doğasında bulunan alan uyarımı ve manyetik devre geometrisine, giriş voltajının ve kontrolör/tahrik ile akımın kontrolüne ve hız veya konum geri besleme yöntemine bağlıdır. uygulama gerektirir.

DC step, fırça servo ve fırçasız servo motor teknolojilerinin tümü, bunlara güç sağlamak için bir DC kaynağı kullanır. Doğrusal hareket uygulamaları için bu, sabit bir DC kaynağının doğrudan motor sargılarına uygulanabileceği anlamına gelmez; Sarma akımını (çıkış torkuyla ilişkili) ve sarma voltajını (çıkış hızı ile ilişkili) kontrol etmek için elektronikler gereklidir. Aşağıda listelenen 3 teknolojinin güçlü ve zayıf yönlerinin bir özeti bulunmaktadır.

Doğrusal sistemin tasarımı, yük kütlesi ve kütlenin A noktasından B noktasına geçmesi gerektiği ile başlar. Motor tipi, boyutu ve mekanik tasarım, yükü hareket ettirmek için gereken güç (watt) ile başlar. Yükle başlayıp nihayetinde tüm bileşenler aracılığıyla sürücü güç kaynağına geri dönüyor, analiz, aradaki bileşenlerin çeşitli verimliliği göz önüne alındığında, sistemin bir kısmından diğerine güç dönüşümünü anlamak için bir dizi adımdır. Voltaj şeklinde ve sürücüye akım şeklinde watts, sonuçta belirli bir yükü belirli bir sürede hareket ettiren mekanik çıkış watt'larına dönüşecektir.

Yükde gereken çıkış gücünün bir göstergesini elde etmek için basit bir güç hesaplaması, bir motora basa yardımcı olacaktır. Gereken ortalama çıkış gücünü anladıktan sonra, motora geri dönerek ve çeşitli güç dönüşüm öğelerinden geçerek güç gereksinimlerini analiz etmeyi bitirin. Üreticilerin verilerine, çeşitli bileşenlerin verimliliğini dikkate alması için atıfta bulunulmalıdır, çünkü bu sonuçta motorun boyutunu ve güç kaynağını belirleyecektir. Hangi birimlerin çalışacağına ilişkin kişisel tercihtir, ancak SI birimleri şiddetle tavsiye edilir. SI birimlerinde çalışmak, birden fazla dönüşüm sabitini hatırlama ihtiyacından kaçınır ve sonuç, her zaman İngilizce birimlerine dönüştürülebilir.

Yükü gerekli sürede hareket ettirmek için ne kadar güce ihtiyaç var?

Yerçekimine karşı kaldırılan 9 kg'lık bir kütle yaklaşık 88N'lik bir kuvvet gerektirecektir. Yükü hareket ettirmek için gereken watt'ların hesaplanması, sistemin geri kalanındaki bileşenleri belirlemek için bir başlangıç ​​noktası sağlayacaktır. Bu, 9 kg'lık bir kütleyi dikey olarak 1 saniyede A noktasından B noktasına taşımak için gereken ortalama güçtür. Sürtünme gibi sistem kayıpları dahil değildir. Gereken motor mili gücü biraz daha yüksek olacak ve sistemde kullanılan diğer bileşenlere bağlıdır.

P = (f × s) / t

P = (88n × 0.2m) / 1.0s = 17.64w

Bu, sistemden gerekli olacak tepe güçten farklıdır. Hızlanma ve yavaşlama dikkate alındıktan sonra, hareket profili sırasında anlık güç biraz daha yüksek olacaktır; Bununla birlikte, yükte gereken ortalama çıkış gücü yaklaşık 18 watt'tır. Tüm bileşenlerin kapsamlı bir analizinden sonra, bunun gibi bir sistem, işi başarmak için yaklaşık 37W tepe gücü gerektirecektir. Bu bilgiler, diğer çeşitli uygulama özellikleri ile birlikte, artık en uygun motor teknolojisini seçmeye yardımcı olacaktır.

Hangi motor teknolojisini düşünmeliyim?

Mükemmel konumlandırma özelliği ve nispeten basit kontroller, bir tasarımcının önce bir step motoru kullanma olasılığına bakmasına yol açacaktır. Bununla birlikte, bir step motor, yük taleplerini karşılarken küçük bir mekanik ayak izi gerekliliğini karşılamaz. 37 watt'lık bir tepe güç gereksinimi çok büyük bir step motor gerektirecektir. Step motorlar düşük hızlarda çok yüksek torka sahip olmasına rağmen, hareket profilinin tepe hızı ve güç gereksinimi en büyük step motorlar hariç herkesin kapasitesini aşar.

Bir fırça DC servo motoru yük gereksinimlerini, küçük bir mekanik ayak izini karşılayacak ve düşük hızlarda çok düzgün bir dönüşe sahip olacak; Bununla birlikte, katı EMC gereksinimleri nedeniyle, bu özel uygulama için fırça motorundan kaçınmak muhtemelen en iyisidir. Bu, fırçasız bir sistemle karşılaştırıldığında daha ucuz bir alternatif olacaktır, ancak sıkı EMC gereksinimlerini aktarmada zorluk yaratabilir.

Sinüzoidal tahrik sistemi kullanan fırçasız DC motoru, yük ve hareket profili (yüksek güç yoğunluğu) dahil olmak üzere tüm uygulama gereksinimlerini karşılamak için ilk seçenek olacaktır; düşük hızlarda pürüzsüz, dişli olmayan hareket; ve küçük bir mekanik ayak izi. Bu durumda, tahrik elektroniğinin yüksek frekanslı anahtarlanması nedeniyle bir EMI imzası potansiyeli olacaktır; Bununla birlikte, bu, daha dar bir frekans bandı nedeniyle hat içi filtreleme kullanılarak hafifletilebilir. Bir fırça DC motoru, daha geniş bir bant EMI imzası sergiler ve filtrelenmeyi daha zorlaştırır.

Motor boyutlandırma sadece başlangıç

Bu makale, nispeten basit bir doğrusal hareket uygulaması için bir motor teknolojisi seçerken bir tasarımcıyı çeşitli hususlara tanıtmak için kısa bir tartışmaydı. İlkeler XY tablosu veya çok eksenli hassas bir toplama ve yer mekanizması gibi daha karmaşık bir sistem için aynı olsa da, her eksenin bağımsız olarak yük için analiz edilmesi gerekecektir. Bu makalenin kapsamı dışındaki bir diğer husus, sistemin istenen ömrünü (döngü sayısı) karşılamak için uygun bir güvenlik faktörünün nasıl seçileceğidir. Sistem ömrü sadece motor boyutunun bir fonksiyonu değil, aynı zamanda sistemdeki dişli kutusu ve kurşun vidası düzeneği gibi diğer mekanik elemanlar. Konumlandırma doğruluğu, çözünürlük, tekrarlanabilirlik, maksimum rulo, perde ve sapma vb.