Tuoteneuvonta
Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *
DC-vaihdemoottori on tasavirtasähkömoottori, joka on yhdistetty mekaaniseen vaihteistoon yhdessä integroidussa yksikössä. Itse moottori pyörii nopeasti - usein 3 000 - 15 000 rpm nimellisjännitteellä - mutta useimmat todelliset sovellukset tarvitsevat hidasta, hallittua liikettä ja huomattavaa kääntövoimaa. Vaihteisto ratkaisee tämän vaihtamalla nopeuden vääntömomentille useiden ristikkäisten hammaspyörien kautta. Tuloksena on ulostuloakseli, joka pyörii paljon hitaammin kuin moottorin roottori, mutta akselilla on suhteellisesti suurempi vääntömomentti.
Ilman vaihdelaatikkoa pieni tasavirtamoottori voi pyörittää tuulettimen siipiä helposti, mutta sen on vaikea nostaa kuormaa, ajaa kuljetushihnaa tai kääntää venttiiliä. Kun vaihteistoa on vähennetty esimerkiksi 100:1, sama moottori, joka tuottaa 5 mN·m vapaasti käyvää vääntömomenttia, tuottaa nyt noin 500 mN·m lähdössä – vähennettynä vaihteistoverkon kitkasta johtuvat häviöt, tyypillisesti 5–20 % vaihdetyypistä ja voitelusta riippuen. Tämä vääntömomentin moninkertaistuminen yhdistettynä moottorin ja vaihteiston kompaktiin integrointiin yhdeksi kokoonpanoksi, minkä vuoksi DC-vaihteistomoottorit ovat yksi laajimmin määriteltyjä liikekomponentteja teollisissa, kaupallisissa ja kuluttajasovelluksissa.
Vaihteiston rakenteella on suurempi vaikutus suorituskykyyn, kokoon, tehokkuuteen ja meluon kuin melkein millään muulla suunnittelumuuttujalla. Neljä kokoonpanoa hallitsee markkinoita.
Hammaspyörissä on suorat hampaat, jotka on leikattu yhdensuuntaisesti akselin akselin kanssa. Ne ovat yksinkertaisin ja halvin vaihteisto valmistettava, mikä tekee hammaspyörästöistä tasavirtamoottorit oletusvaihtoehdon kustannusherkissä sovelluksissa. Niiden suurin heikkous on melu: koska koko hammasleveys kytkeytyy samanaikaisesti jokaisessa verkkokoskettimessa, hammaspyörät aiheuttavat tyypillistä kolinaa suurella nopeudella. Tehokkuus on hyvä – tyypillisesti 95–98 % vaihetta kohti – ja ne kestävät hyvin kohtalaisia säteittäisiä kuormia. Spur-vaihdemoottorit ovat yleisiä tulostimissa, leluissa, myyntiautomaateissa ja kevyissä toimilaitteissa, joissa hiljainen toiminta ei ole prioriteetti.
Planeettavaihteisto järjestää useita "planeetta" vaihteita keskeisen "aurinko" vaihteen ympärille, jotka kaikki sisältyvät rengasvaihteeseen. Koska kuorma jaetaan useiden planeettavaihteiden kesken samanaikaisesti, planeettatasavirtavaihteistomoottori tuottaa erittäin suuren vääntömomenttitiheyden kompaktissa, koaksiaalisessa paketissa. Lähtöakseli on kohdistettu moottorin akseliin, mikä yksinkertaistaa asennusta rajoitetuissa sijoitteluissa. Planeettavaihteistot ovat jäykempiä ja tarkempia kuin kantti- tai matotyypit, joten ne ovat ensisijainen valinta robotiikkaan, automatisoituihin ohjattuihin ajoneuvoihin (AGV), sähköisiin ruuvimeisseliin ja kaikkiin sovelluksiin, jotka vaativat suurta vääntömomenttia, tiukkaa sijaintitarkkuutta ja pitkää käyttöikää. Kompromissi on hinta: planeettavaihteistot ovat huomattavasti kalliimpia valmistaa kuin kannen tai kierretyyppiset tyypit samalla vääntömomentilla.
Kierukkavaihteistossa käytetään ruuvimaista kierukka-akselia, joka osuu kierukkapyörään 90 asteen kulmassa. Tällä kokoonpanolla saavutetaan erittäin korkeat alennussuhteet yhdessä vaiheessa - yleensä 5:1 - 100:1 - ja se tarjoaa luonnollisen itselukittuvan ominaisuuden: kun moottori pysähtyy, kuorma ei voi ajaa vaihteistoa taaksepäin. Tämä tekee kierukkavaihteisista tasavirtamoottoreista ihanteellisia sovelluksiin, joissa kuorman on pysyttävä asennossa ilman virtaa, kuten autotallin ovenavaajat, lavanostimet, sairaalasänkyjen toimilaitteet ja turvaesteet. Suurin rajoitus on tehokkuus: kierukkavaihteen verkkokitka on korkea, tyypillinen yksivaiheinen hyötysuhde vaihtelee 50–90 % johtokulmasta riippuen, ja korkeammat suhteet ovat asteittain vähemmän tehokkaita. Kierukkavaihdemoottorit tuottavat myös merkittävää lämpöä jatkuvissa suuren kuormituksen käyttöjaksoissa.
Kierrehammaspyörän hampaat on leikattu kulmassa akselin akseliin nähden, joten hampaiden välinen kosketus on asteittaista ja progressiivista eikä äkillistä. Tämä vähentää dramaattisesti melua ja tärinää verrattuna hammaspyöriin ja parantaa hieman kantavuutta suuremman tehollisen kosketusalueen ansiosta. Tasavirtahammaspyörämoottorit ovat yleisiä sovelluksissa, jotka vaativat hiljaisempaa toimintaa – kuljetinkäytöissä, pakkauskoneissa ja lääketieteellisissä laitteissa. Kierukka-kartioyhdistelmät mahdollistavat lähtöakselin siirtämisen 90 astetta moottoriin nähden, kuten kierukkakäytössä, mutta suuremmalla hyötysuhteella (tyypillisesti 94–97 % askelta kohti). Kierrehammaspyöräverkon synnyttämä lisääntynyt aksiaalinen työntövoima vaatii laakereita, jotka kestävät tämän kuorman, mikä lisää hieman yksikkökustannuksia.
Itse DC-moottorielementtiä on kaksi perusarkkitehtuuria, ja valinta niiden välillä vaikuttaa merkittävästi kustannuksiin, huoltovaatimuksiin, nopeusalueeseen ja käyttöikään.
| Ominaisuus | Harjattu DC-vaihdemoottori | Harjaton DC-vaihdemoottori (BLDC) |
| Kommutointimenetelmä | Mekaaninen (hiiliharjojen kommutaattori) | Elektroninen (ESC tai moottoriohjain) |
| Tyypillinen käyttöikä | 500–3 000 tuntia (harjan kulumista rajoitettu) | 10 000-20 000 tuntia |
| Hallitse monimutkaisuutta | Yksinkertainen - jännite tai suora PWM | Vaatii erillisen BLDC-ohjaimen/ESC:n |
| Tehokkuus | 75-85 % tyypillisesti | 85-95% tyypillinen |
| Melu & EMI | Korkeampi (harjan valokaari synnyttää EMI:n) | Alempi |
| Yksikköhinta | Alempi | Korkeampi (moottorin kuljettaja) |
| Tyypilliset sovellukset | Lelut, kodinkoneet, valoautomaatio | Robotiikka, automaattitrukit, lääketieteelliset laitteet, sähköautot |
Prototyyppien tekemiseen tai vähäkäyttöisissä ajoittaisissa sovelluksissa harjattu DC-vaihdemoottori, jota käyttää yksinkertainen L298N tai TB6612FNG H-silta, on nopein ja halvin reitti toimivaan järjestelmään. Kaikkeen, joka toimii jatkuvasti, toimii ankarissa olosuhteissa tai joutuu kestämään vuosia kentällä ilman huoltoa, harjaton DC-vaihdemoottori – korkeammista alkukustannuksistaan ja lisäohjaimen elektroniikasta huolimatta – tarjoaa lähes aina paremmat kokonaiskustannukset.
Tasavirtavaihteistomoottorien tietosivut voivat olla tiheitä, mutta viisi parametria määrää, toimiiko moottori sovelluksessasi. Kunkin ymmärtäminen estää yleisimmät valintavirheet.
DC-vaihdemoottorit on suunniteltu tietylle syöttöjännitteelle - yleisimmin 6V, 12V, 24V tai 48V teollisuus- ja harrastesovelluksissa. Moottorin käyttäminen huomattavasti sen nimellisjännitteen yläpuolella nopeuttaa harjattujen tyyppien harjan kulumista, ylikuumentaa käämit ja lyhentää laakerien käyttöikää. Nimellisjännitteen alapuolella käyttö vähentää käytettävissä olevaa vääntömomenttia ja saattaa aiheuttaa moottorin pysähtymisen kuormituksen alaisena. Akkukäyttöisissä järjestelmissä sovita moottorin nimellisjännite akun nimellisjännitteeseen latauksen puolivälissä, ei täydessä latauksessa, jotta vältytään ylijännitteeltä latausjakson lopussa. 12 V DC-vaihdemoottori, joka toimii juuri ladatulla 3S LiPo:lla (12,6 V), on marginaalisesti hyväksyttävä; sen käyttäminen 4S-pakkauksesta (16,8 V) tuhoaa sen nopeasti.
Kuormittamaton nopeus on ulostuloakselin kierrosluku, kun moottori käy nimellisjännitteellä ilman vääntömomenttia. Todellisessa kuormituksessa nopeus laskee – tyypillisesti 10–20 % nimellisvääntömomentilla (jatkuvalla) ja jopa 50 % huippuvääntömomentilla. Kun lasket, pystyykö DC-vaihdemoottori siirtämään kuormaa vaaditulla nopeudella, käytä aina odotetun vääntömomentin käyttöpisteen kuormitettua nopeutta, älä kuormittamatonta lukua. Valmistajat ilmoittavat joskus vain tyhjäkäynnin nopeuden ja pysähtymismomentin; kuormitettu toimintapiste osuu karkeasti nopeus-momenttikäyrän keskelle.
Nimellisvääntömomentti (kutsutaan myös jatkuvaksi vääntömomentiksi) on suurin vääntömomentti, jonka moottori voi tuottaa loputtomasti ilman ylikuumenemista. Pysäytysmomentti on huippuvääntömomentti, joka syntyy, kun akselia pidetään paikallaan – tyypillisesti 5–10 kertaa harjatun tasavirtavaihteistomoottorin nimellisvääntömomentti. Jumisvääntömomentti on hyödyllinen ajoittaisten huippukuormien mitoituksessa (esimerkiksi juuttuneen venttiilin irrottamiseen tarvittava voima), mutta jatkuva käyttö jumissa tai sen lähellä ylikuumenee moottorin nopeasti. Valitse moottori, jonka nimellisvääntömomentti on vähintään 20–30 % suurempi kuin sovelluksesi odotettu jatkuvan kuormituksen vääntömomentti. Tämä turvamarginaali ottaa huomioon kitkan vaihtelun, jännitteen laskun ja lämpötilan alenemisen.
Välityssuhde ilmaisee kuinka monta moottorin akselin kierrosta tuottaa yhden ulostuloakselin kierroksen. Suhde 50:1 tarkoittaa, että lähtö kääntyy kerran jokaista 50 moottorin kierrosta kohti. Suuremmat välityssuhteet tuottavat pienemmän ulostulonopeuden ja suuremman vääntömomentin. Erittäin korkeat välityssuhteet tuovat kuitenkin enemmän vaihteita, mikä lisää kitkahäviöitä ja välystä – pientä vapaata välystä lähtöakselissa suunnan vaihtaessa. Asemointisovelluksissa välys on kriittinen spesifikaatio: planeettavaihteistot tarjoavat tyypillisesti 0,5–3 kaariminuutin välyksen tarkkuusluokissa, kun taas taloudellisissa vaihteistoissa voi olla 1–5 astetta välys, mikä ei ole hyväksyttävää kaikkeen, joka vaatii toistettavaa sijoittelua.
Käyttöjakso kuvaa prosenttiosuutta ajasta, jonka moottori toimii suhteessa lepojaksoon tietyn syklin aikana. S1:lle (jatkuva käyttö) suunniteltu moottori voi toimia rajattomasti nimelliskuormalla ilman ylikuumenemista. S2 (lyhytaikainen käyttö) ja S3 (jaksoittainen käyttö) sallivat korkeammat huipputehotasot, koska moottori jäähtyy seisokkien aikana. Yhdistä aina moottorin käyttöarvo todelliseen käyttöjaksoosi – 30 %:n käyttöjaksolle suunniteltu moottori ylikuumenee ja epäonnistuu, jos sitä käytetään jatkuvasti, vaikka vääntömomentti ja nopeus olisivat tyyppikilven rajoissa.
Jännitteen valinta riippuu usein käytettävissä olevasta virtalähteestä eikä moottorin mieltymyksestä, mutta kunkin jännitetason tyypillisten käyttötapausten ymmärtäminen auttaa rajaamaan vaihtoehtoja nopeasti.
Kun moottori valitaan oikein ensimmäisen kerran, vältetään kalliit uudelleensuunnittelut ja kenttähäiriöt. Noudata näitä käytännön puitteita:
Laske sovelluksesi vaatima vääntömomentti ulostuloakselilta. Pyörillä varustetulle robotille tämä tarkoittaa sen voiman laskemista, joka tarvitaan robotin massan kiihdyttämiseen, vierintäkitkan voittamiseksi ja mahdollisten käytön aikana odotettavissa olevien kaltevien kiipeämiseen. Lineaarisessa toimilaitteessa laske johtoruuviin kohdistuva voima ja muunna se moottorin vääntömomentiksi ruuvin johdon ja hyötysuhteen avulla. Lisää 25–50 %:n turvamarginaali kitkan vaihtelun, ikääntymisen ja pahimpien kuormitusskenaarioiden huomioon ottamiseksi. Tästä tavoitemomenttinumerosta – marginaalilla – tulee vähimmäisnimellisvääntömomenttitietosi.
Määritä sovelluksesi tarvitsema pienin ja suurin ulostuloakselin nopeus. Kuljetin, joka siirtää tuotetta nopeudella 0,5 m/s halkaisijaltaan 50 mm:n käyttötelalla, vaatii noin 191 RPM (0,5 / (π × 0,05) × 60) ulostulonopeuden. Valitse moottori, jonka tyhjäkäyntinopeus on vähintään 15–20 % vaaditun kuormitetun nopeuden yläpuolella, jotta moottori ei toimi lähellä jumia normaaleissa olosuhteissa.
Käytä seuraavaa päätösopasta sovittaaksesi vaihteistotyypin sovelluksen vaatimuksiin:
Tarkista, että virtalähde pystyy vastaamaan moottorin huippuvirrantarpeeseen pysähtyessä. Harjatun DC-vaihdemoottorin jumivirta on tyypillisesti 5–10 kertaa tyhjäkäyntivirta. Jos virtalähde ei voi saada tätä virtaa tilapäisesti käynnistyksen tai tukosolosuhteiden aikana, lisää virtaa rajoittava moottoriohjain, jossa on säädettävä virtaraja, tai valitse moottoriohjain, jolla on riittävästi virtaa. Varmista harjattomissa DC-vaihteistomoottoreissa, että BLDC-ohjaimen jatkuvan ja huippuvirran nimellisarvot ylittävät moottorin vaatimukset vähintään 20 % marginaalilla.
Tavallisia DC-vaihdemoottoreita ei ole suljettu. Jos moottori altistuu pölylle, kosteudelle, jäähdytysnesteen roiskeille tai huuhteluolosuhteille, määritä IP-luokiteltu laite – IP54 pöly- ja roiskesuojaukselle, IP65 tai IP67 vaativammille ympäristöille. Elintarvikkeiden jalostus-, lääke- tai merisovelluksissa on varmistettava, että vaihteiston voiteluaine täyttää sovellettavat säädökset (esimerkiksi NSF H1 elintarvikelaatuinen rasva elintarvikkeiden kanssa kosketuksiin joutuville alueille). Käyttölämpötila-alue on myös tärkeä: vakiomoottorit on mitoitettu 0–40 °C ympäristölle; kylmävarastojen tai ulkoasennusten osalta pohjoisessa ilmastossa, varmista alhaisen lämpötilan rasvan tekniset tiedot ja käämien lämpötilaluokitukset.
DC-vaihdemoottoreita on valtavassa valikoimassa tuotteita ja järjestelmiä. Niiden yleisen käytön ymmärtäminen auttaa tunnistamaan sopivat vertailumallit ja validoidut kokoonpanot.
| Teollisuus | Sovellus | Tyypillinen vaihdemoottorin tyyppi |
| Robotiikka ja automaattitrukit | Vetopyörät, nivelten käyttö, tartuntamekanismit | Harjaton planeetta, 24V–48V |
| Teollisuusautomaatio | Kuljettimet, indeksointipöydät, venttiilitoimilaitteet | Kierukka-, mato- tai planetaarinen, 24V |
| Lääketieteelliset laitteet | Infuusiopumput, kirurgiset työkalut, sairaalasängyt | Harjaton planeetta, pieni välys, 12V–24V |
| Autoteollisuus | Sähkötoimiset ikkunannostimet, istuinsäätimet, kattoluukun käyttölaitteet | Harjattu mato tai kannatin, 12V |
| Kulutuselektroniikka | Kameran panorointi/kallistus, älykodin toimilaitteet, tulostimet | Harjattu kannatin, 5V-12V |
| Maatalous | Kasteluventtiilin ohjaus, kylvömekanismit | IP-luokiteltu mato tai planeetta, 12V–24V |
| Rakennusautomaatio | LVI-pellit, kaihtimien toimilaitteet, ovikäytöt | Harjaton kierukka tai mato, 24V |
DC-vaihdemoottorit sopivat hyvin säädettävänopeuksiseen käyttöön, koska DC-moottorin nopeus on suoraan verrannollinen syötettyyn jännitteeseen. Käytännössä nopeutta ohjataan yhdellä kolmesta menetelmästä.
PWM on standardimenetelmä harjattujen DC-vaihdemoottoreiden ohjaamiseen mikro-ohjaimista, PLC:istä ja moottoriohjaimen IC:istä. Kuljettaja kytkee moottorin syötön päälle ja pois kiinteällä taajuudella – tyypillisesti 1–20 kHz – ja toimintajakso (prosenttiosuus ajasta, jolloin syöttö on päällä) määrittää keskimääräisen jännitteen ja siten nopeuden. 50 %:n käyttösuhde 12 V:lla tuottaa noin 6 V:tä vastaavan moottorin. PWM-ohjaus on tehokasta, koska kytkentätransistorit viettävät suurimman osan ajastaan täysin päällä tai kokonaan pois päältä, minimoiden resistiiviset häviöt. Alle 1 kHz:n PWM-taajuudet voivat aiheuttaa moottorin ulinaa, kun ankkurikäämit värähtelevät kytkentätaajuudella; yli 20 kHz:n taajuudet nostavat tämän äänialueen yläpuolelle. Harjatuille DC-vaihteistomoottoreille PWM-taajuus 10–20 kHz on yleinen käytännöllinen valinta.
Sovelluksissa, jotka vaativat tarkkaa, tasaista nopeutta kuormituksen vaihtelusta riippumatta – robottialusto, nauha-asemat, tarkkuusannostelu – moottorin akseliin tai vaihteiston ulostuloon asennettu pyörivä anturi antaa reaaliaikaisen nopeuspalautteen PID-säätimelle. Säädin vertaa todellista nopeutta asetusarvoon ja säätää PWM-käyttöjaksoa kompensoidakseen. DC-vaihdemoottoreiden kooderit ovat tyypillisesti kvadratuuri-optisia tai magneettisia Hall-efektityyppejä, joiden resoluutio on 6 - useita tuhansia laskuja kierrosta kohden tarkkuusvaatimuksista riippuen. Monet DC-vaihdemoottorien toimittajat tarjoavat integroituja anturivaihtoehtoja vakiovarusteena, mikä yksinkertaistaa laitteiston integrointia merkittävästi.
Yksinkertaisissa järjestelmissä, joissa kuormitus on suhteellisen vakio ja nopeuden tarkkuus ei ole kriittinen, nopeutta voidaan säätää säätämällä syöttöjännitettä säädettävällä tasavirtalähteellä tai lineaarisella jännitesäätimellä. Tämä lähestymistapa on vähiten tehokas – lineaarinen säädin haihduttaa jännitehäviön lämpönä – eikä siinä ole kuormituksen kompensointia, mutta se on yksinkertaisin toteutus ja soveltuu testipenkkeihin, manuaalisiin nopeudensäätöihin ja erittäin pienitehoisiin sovelluksiin, joissa lämpöhäviö säätimessä ei ole ongelma.
Sen ymmärtäminen, mikä lopulta aiheuttaa DC-vaihdemoottorin epäonnistumisen, auttaa suunnittelemaan järjestelmiä, jotka pidentävät huoltovälejä ja havaitsevat ongelmat ennen kuin ne aiheuttavat odottamattomia seisokkeja.
Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *
Tel: +86 0579-86817938-836
Phone: +86 15258922705
E-mail: [email protected]
Add: No.2 Zengping Rd., Dongyang, Zhejiang, Kiina
Tekijänoikeus © Zhejiang Dongzheng Motor Co., Ltd. Kaikki oikeudet pidätetään.
DC-vaihdemoottorien valmistajat
