Selecția motoarelor miniaturale

Motoarele în miniatură pot fi ele mici, dar au o importanță cheie pentru aplicațiile medicale și industriale, care nu poate fi neglijată. De la punerea în mișcare a echipamentelor electrice chirurgicale și a pompelor de perfuzie până la acționarea scaunelor și a roboților colaborativi, aceste tehnologii ajută la menținerea și îmbunătățirea vieții noastre de zi cu zi. Cu toate că pare la îndemână, selectarea mini-motorului ideal pentru o aplicație nu este o sarcină atât de ușoară pe cât ați putea crede. Inginerii trebuie să aleagă soluții pentru nevoi unice, medii provocatoare, reglementări din industrie, cerințe stricte de testare, iterații multiple și nevoie de proiectare în continuă evoluție − și acest lucru este în plus față de o înțelegere profundă a fiecărei tehnologii de mini-motor și a caracteristicilor sale asociate.

Statisticile arată că o cantitate mare din consumul global de energie se datorează operării motoarelor. Ele sunt mari consumatoare de energie, dar sunt o parte esențială a vieții de zi cu zi, putând fi găsite peste tot, de la mici utilizări rezidențiale, precum electrocasnice și unelte, până la sectorul de transport cu mașini electrice și trenuri și la motoare industriale.

De vreme ce trăim într-o permanentă revoluție industrială, am redus timpul și munca brută prin înzestrarea a orice este posibil cu un motor. O mulțime de dispozitive cu alimentare electrică ne-au făcut viața casnică mai ușoară și comodă, iar locurile de muncă mai eficiente și profitabile. Dar toate acestea la ce cost?

Pe lângă aceste aspecte, echipamentele de mici dimensiuni, sau de mare finețe, necesită utilizarea unor elemente de acționare de mici dimensiuni. În zona acționărilor electrice soluțiile pot fi elemente de acționare neconvenționale (de exemplu: tip aliaj cu memorarea formei), dar o integrare mai eficientă în sistem o oferă motoarele electrice miniaturale. La alegerea acestora trebuie pornit de la înțelegerea clară a aplicației, precum și a mediului în care echipamentele vor opera. De aceea pot apărea cerințe particulare, iar echipamentele trebuie, de cele mai multe ori, să facă față și unor norme și cerințe de testare.

Având în vedere cele de mai sus, pentru selecția motoarelor există câteva elemente cheie de care trebuie ținut cont, elemente ce vor fi prezentate în cele ce urmează.

Acuratețea și precizia motoarelor

Chiar dacă nu pare, există o diferență în interpretarea noțiunilor de acuratețe și precizie în ceea ce privește un sistem de control al mișcării. Prin acuratețe se înțelege capabilitatea motorului de a ajunge într-o poziție specifică, în vreme ce prin precizie se înțelege capabilitatea de a repeta mișcarea dorită. Dacă aplicația voastră necesită feedback extrem de precis în ceea ce privește viteza și poziționarea motorului, motoarele pas cu pas, cum ar fi cele cu disc magnetic și actuatoarele digitale liniare, ar putea fi o alegere optimă, având în vedere că sunt construite pentru a oferi precizie de poziționare. Cu toate acestea, motoarele fără perii de curent continuu și cu perii de curent continuu vor necesita un traductor de rotație pentru a urmări și controla poziția rotorului, putând ajunge astfel la o acuratețe mai bună.

Randamentul motoarelor

Randamentul unui motor electric poate fi definit ca raportul dintre puterea mecanică de ieșire și puterea electrică de intrare, puterea mecanică de ieșire fiind întotdeauna mai mică decât puterea de intrare electrică din cauza pierderilor de energie experimentate în timpul conversiei energiei electrice în energie mecanică. Diferitele tehnologii ale motoarelor pot atinge nivelurile de randament necesare unei aplicații, motoarele cu perii de curent continuu fiind potrivite pentru aplicațiile alimentate cu baterii, iar motoarele de curent continuu fără perii fiind optime pentru un randament ridicat în aplicațiile de mare viteză. Trebuie ținut cont că multe dintre caracteristicile descrise în aceste rânduri influențează și randamentul unui motor (inclusiv viteza motorului, amprenta dimensională și cuplul de ieșire).

Dimensiunile motoarelor

Cunoașteți spațiul disponibil în aplicația voastră pentru un sistem de control al mișcării? Deși fiecare tip de tehnologie de motor este disponibilă cu diametre și opțiuni de lungime specifice, va trebui să știți exact spațiul disponibil pentru motorul vostru înainte de a face selecția finală; de acolo puteți confirma ce tehnologie de mini motor este disponibilă într-un diametru și lungime care se vor potrivi în spațiul destinat. Ca idee, portabilitatea aplicației este un alt element care afectează amprenta motorului vostru. Dacă aplicația voastră este staționară, aveți de obicei mai multă flexibilitate în ceea ce privește dimensiunea/greutatea motorului, în timp ce aplicațiile portabile nu au atât de multă flexibilitate și trebuie să acorde prioritate acestor funcții – în special pentru dispozitivele alimentate de la baterie.

Durata de viață a motoarelor

Determinarea duratei de viață a sistemului de mișcare este un aspect cheie pentru selecția motorului; puteți estima acest lucru prin definirea numărului de ore de funcționare pe zi și a ciclului de funcționare al motorului. Rețineți că mini-motoarele nu funcționează, de obicei, continuu într-o aplicație! Motoarele fără perii de curent continuu și pas cu pas sunt ideale pentru aplicațiile care necesită perioade lungi de viață, având în vedere că sunt comutate electronic și astfel nu se uzează în timp. Nu același lucru se poate spune și despre motoarele de curent continuu cu perii, care au un sistem de comutație mecanică ce suferă de uzură în timp. Tipul de rulment utilizat în motor are, de asemenea, un rol decisiv asupra duratei de viață a motorului. Lagărele cu rostogolire (rulmenții cu bile) se potrivesc pentru durate lungi de viață și asigură de obicei mai mult de 10.000 de ore de viață; dimpotrivă, lagărele cu alunecare oferă, de obicei, doar câteva mii de ore de viață.

Cuplul de ieșire

Cuplul definește “forța de rotație” generată de un motor în timpul funcționării acestuia și include trei componente cheie: magnetul, înfășurarea și calea fluxului. Cerințele de cuplu sunt dependente de aplicație, cu accent atât pe cuplul continuu, cât și pe cuplul de vârf pentru o perioadă limitată de timp în momentul funcționării. În funcție de aplicația voastră, motoarele de curent continuu cu perii, cele de curent continuu fără perii și motoarele pas cu pas pot îndeplini toate cerințele de cuplu, deoarece sunt caracterizate prin capacități diferite de cuplu maxim continuu; adăugarea unui reductor la motor vă poate ajuta, de asemenea, să obțineți un cuplu de ieșire mai mare.

Viteza motoarelor

Viteza motorului este mărimea vitezei de rotație a arborelui motorului, care dictează cât de repede se va roti arborele sistemului pus în mișcare. Dacă aplicația necesită viteze mari, luați în considerare motoarele de curent continuu fără perii (BLDC), deoarece acestea sunt potrivite pentru operațiuni cu viteză mai mare. Motoarele de curent continuu cu perii fără miez pot funcționa și la viteze mai mari, dar periile se vor uza mai repede, rezultând o durată de viață mai scurtă. În schimb, motoarele pas cu comutație electronică sunt mai potrivite pentru a funcționa la viteze mai mici. Rolul reductoarelor în gestionarea vitezei nu trebuie omis; acest lucru conduce la scăderea vitezei, dar trebuie să se țină cont de creșterea cuplului, ca urmare a utilizării unui reductor.

Au fost acoperite astfel specificațiile cheie care trebuie luate în considerare atunci când alegeți o soluție ideală de control al mișcării pentru aplicația voastră, deși este imperativ să înțelegeți că fiecare aplicație poate acorda o prioritate diferită a factorilor de mai sus. Acesta este motivul pentru care colaborarea cu un furnizor de încredere în zona controlului mișcării este esențială.

Oferta Aurocon COMPEC legată de acționarea de tip electric constă în game diverse de motoare electrice de curent continuu (cu sau fără perii), pas cu pas și de curent alternativ, accesorii, dispozitive de frânare, întrerupătoare de circuit, senzori de rotație, senzori de cap de cursă, pe scurt tot ceea ce este nevoie pentru realizarea unui sistem complet de acționare electrică. Dintre mărcile cunoscute din ofertă se utilizează, pentru exemplificare, în rândurile de față Portescap. Alături de aceasta se pot selecta motoare de la marca proprie RS PRO și Crouzet, Faulhaber, Maxon, Micromotors și multe altele.

Motor CC cu perii Portescap, 11 W, 24 V cc, 21 mNm, 5600 r.p.m.

Motorul utilizat ca exemplu face parte din categoria de motoare de curent continuu. Ca prezentare generală, motoarele de curent continuu sunt cel mai utilizate tipuri de motore cu costuri mai mici decât sistemele de curent alternativ pentru unitățile de putere redusă. Motoarele de curent continuu pot fi utilizate pentru o gamă largă de aplicații, de la scule și aparate mici, până la vehicule electrice și ascensoare.

Viteza motoarelor de curent continuu poate fi controlată prin varierea tensiunii de alimentare și sunt disponibile într-o gamă largă de tensiuni, totuși cele mai uzuale tipuri sunt cele de 12V și 24V. Printre avantajele acestor tipuri de motoare se pot evidenția: instalare ușoară; controlul vitezei pe o plajă largă de valori; pornire rapidă, oprire, inversare și accelerare; cuplu de pornire ridicat; variație liniară viteză-cuplu.

Există două tipuri uzuale de motoare de curent continuu: fără perii și cu perii (exemplul de față). Atât în motoarele fără perii, cât și în cele cu perii, magneții antrenează mișcarea de rotație a arborelui motorului.

Motoare cu perii − motoare tradiționale utilizate în mod obișnuit în aplicații sensibile la costuri, unde sistemele de control sunt relativ simple, cum ar fi aplicațiile pentru bunuri de larg consum și echipamentele industriale de bază.

Motoare fără perii − ameliorează unele dintre problemele asociate cu motoarele cu perii, cum ar fi durata de viață scurtă pentru aplicații cu utilizare intensă și sunt mult mai simple din punct de vedere mecanic (fără perii). Avantajele motoarelor fără perii sunt durata de viață mai lungă, întreținerea redusă și eficiența ridicată (85-90%). Aceste tipuri de motoare sunt utilizate în general în controlul vitezei și poziției cu aplicații precum ventilatoare, pompe și compresoare de aer, unde sunt necesare fiabilitate și robustețe.

Număr stoc RS: 192-5988 − Cod producător: 28L28-416E.49 − Marca: Portescap

Motorul prezentat face parte din gama de motoare de curent continuu Portescap 28L28, cu magnet alnico. Aceste motoare cu perii au un design compact, construcție fără miez.

Motor CC fără perii Portescap, 15V, 8800 rpm, cuplu maxim 0,44 Ncm

Număr stoc RS: 719-013 − Cod producător: 26BC-6A110.110 − Marca: Portescap

Acest motor face parte din gama de motoare fără perii, având integrată electronica de control.
Printre avantajele acestui tip de motor se evidențiază durata mare de viață datorată construcției fără perii, iar de aici, se naște siguranța ridicată în funcționare și necesitatea mai redusă de întreținere. Alte caracteristici ar fi: evoluție liniară a vitezei pentru un control precis al acesteia; capabilitate de funcționare într-un domeniu de temperatură ridicată; fără interferențe electrice; ușor de controlat prin cei 6 conductori; fără mișcare intermitentă.

Motor pas cu pas cu disc magnetic Portescap, 7,4V, cuplu 7mNm

Număr stoc RS: 235-7768 − Cod producător: P110-064-068.12 − Marca: Portescap

Motoarele pas cu pas cu disc magnetic de la Portescap oferă performanțe excepționale, asigurând accelerație ridicată și viteză maximă mai mare decât motoarele pas cu pas convenționale. Discul magnetic permite rezoluții mai fine de pas. Este potrivit pentru comandă cu micro-pășire.

Printre caracteristicile și avantajele acestui tip de motor se evidențiază:

• Design cu disc magnetic compact din pământuri rare;
  • Raport ridicat putere pe dimensiune, accelerare rapidă și rezoluție unghiulară bună în modul de micro-pășire;
  • Potrivit la utilizarea în echipamente portabile, miniaturale, cu comandă de la distanță, cu sarcini de deplasare X-Y, pompare, poziționare;
  • Necesită un driver de motor pas cu pas bipolar de 24Vdc;
  • Precizie – bună potrivire în aplicații cu micro-pășire.

Exemple de echipamente ce pot beneficia de pe urma acestor motoare: scanere de cod de bare, echipamente de diagnosticare clinică, acționare pipete medicale.

Actuator liniar miniatural Portescap, 48mm; 12Vdc; 8,9N

Număr stoc RS: 510-1091 − Cod producător: 26DBM20B2U-L − Marca: Portescap

Acest motor face parte din gama de motoare liniare miniaturale, fiind un actuator liniar de tip non-captiv ce oferă o cursă lungă într-un cadru de 26 mm. Unghiul de pas de 7.5 grade și opțiunea de șurub cu pas fin, permit o rezoluție de poziționare ridicată.

Caracteristici și avantaje generale:

• Forță liniară continuă ridicată pentru dimensiune avută;
• Controlat digital − ușor de utilizat cu un microprocesor;
• Eficiență cost − design compact, cost de integrare mai mic;
• Fără întreținere − fără perii de înlocuit; opțiuni de înfășurare unipolară și bipolară;
• Modele captive și non-captive;
• Durată lungă de viață − design cu rulment cu bile.

Aplicații recomandate: utilizare pentru pipete medicale, acționare sisteme cu basculare; acționare cu clapetă; imprimante și copiatoare; sisteme de comutație.

Reductoare

Reductoarele sunt sisteme închise, care constau dintr-o serie de angrenaje integrate într-o unitate cu carcasă. Acestea sunt proiectate pentru a transmite energie mecanică, pentru a funcționa și pentru a modifica cuplul și viteza unui dispozitiv de antrenare, cum ar fi un motor electric. La Aurocon COMPEC vă oferim o varietate de reductoare industriale, reductoare planetare, reductoare cu roți dințate cilindrice și ovoidale de la companii lideri din industrie, printre care DKM, Maxon, Panasonic, Portescap, Trident Engineering, precum și marca proprie RS PRO.

În interiorul unui reductor pot exista diferite tipuri de angrenaje: angrenaje conice, angrenaje melcate, angrenaje elicoidale, angrenaje cu roți dințate cu dinți drepți și angrenaje planetare. Cele mai des întâlnite sunt:

• Angrenajele cu roți dințate cilindrice cu dinți drepți, la care roțile sunt montate pe arbori paraleli. Acest tip de angrenaj oferă un randament ridicat de transmitere a puterii, un raport constant de transmitere a vitezei și nu prezintă alunecare.
• Reductoarele planetare au arborele de intrare și arborele de ieșire aliniate. Sunt potrivite în special pentru aplicații cu cuplu mare și viteze reduse.

Raportul de reducere este definit ca numărul de rotații făcut de arborele de intrare atunci când arborele de ieșire se rotește odată. Când raportul este de 1:1, cuplul și viteza se păstrează la fel. Dacă raportul ajunge la 4:1, atunci cuplul crește de 4 ori și viteza scade pe măsură.

Reductoarele sunt utilizate în diferite aplicații în funcție de tip și de raportul de reducere. El sunt utilizate în mașini unelte, benzi transportoare, sisteme de ridicare, echipamente industriale etc.

În cele ce urmează este prezentat un exemplu de astfel de dispozitiv.

Reductor planetar Portescap, 190:1

Număr stoc RS: 892-9246 − Cod producător: R22.10.0 190 − Marca: Portescap

Reductor planetar de înaltă calitate ce poate fi utilizat împreună cu o plajă de motoare servo cu sau fără perii (pentru aceasta trebuie citită documentația).

Selectarea motoarelor este critică pentru orice aplicație, mai ales în ceea ce privește utilizarea eficientă a resurselor. Aurocon COMPEC vă pune la dispoziție o oferta bogată, constând în game diverse de motoare electrice de curent continuu (cu sau fără perii), pas cu pas și de curent alternativ, accesorii, dispozitive de frânare, întrerupătoare de circuit, senzori de rotație, senzori de cap de cursă, pe scurt, tot ceea ce este nevoie pentru realizarea unui sistem complet de acționare electrică. În ceea ce privește partea de comandă, oferta conține o plajă largă de circuite integrate cu funcție de comandă pentru motoare de curent continuu sau pas cu pas, circuite de amplificare pentru motoare, circuite pentru preluarea informațiilor de la traductoare de rotație de tip incremental etc.

Autor: Bogdan Grămescu
Aurocon Compec – https://www.compec.ro