Çoğu mühendis fırçasız bir DC servo motor üzerine düşündüğünde, montaj cıvatalarına uyum sağlayacak flanşlı bir muhafazayı, güç ve veri kablolarına uyum sağlayacak konnektörleri ve yüke bağlanan bir rotor milini gözlerinde canlandırmaları muhtemeldir.
Bu motorun içinde gizli, bakır sargılarla doldurulmuş bir oluklu laminasyon yığını içeren bir stator bulunduğunu hayal ederler. Statorun içinde, döner hareketi oluşturmak için statorun elektromanyetik alanıyla etkileşime giren sabit mıknatıslara sahip bir rotor bulunur. Sabit mıknatıslı rotor, her iki uçta rotorun serbestçe dönmesine olanak sağlayan rulmanlarla desteklenmiş bir mile monte edilmiştir. Tasarıma bir geri besleme cihazı da dâhil edilmiştir.
Bu, en yaygın servo motor tasarımıdır; peki ya rotor ve stator dışındaki her şeyi ortadan kaldırırsanız (yani muhafaza yok, mil yok, konnektörler yok, rulmanlar yok, entegre geri besleme yok)?
Bu, sade bir gövdesiz servo motor tasarımıdır; bu tasarım, belirli uygulama türleri için birçok avantaj ve fırsat sunar. Neden gövdesiz bir motor seçebileceğinize ve bunu makinenize nasıl entegre edeceğinize bakalım.
Neden Gövdesiz Motor?
Stator ve rotor dışında muhafazanın, rulmanların veya diğer bileşenlerin bulunmadığı bir gövdesiz motor, mümkün olan en kompakt, tork yoğunluğuna sahip hareketi sunar. Motor, kendi muhafazası yerine doğrudan makinenin mekanik tasarımına gömülebilir. Kendi rulmanları yerine makinenin mevcut milini ve rulmanlarını kullanabilir.
Bu nedenlerle, tasarımın amacının en kompakt form faktöründe en yüksek torka ve hassasiyete ulaşmak olduğu durumlarda, gövdesiz servo motorlar kompakt, daha yüksek seviyede tertibatlar (örneğin döner aktüatörler) için ideal bir seçim olabilir.
Doğrudan makineye gömülü olan gövdesiz motorlar da yüksek basınçlı yıkama veya su altı uygulamalarında karşılaşılanlar gibi zorlu çevre koşullarından korunabilir. Gövdesiz motorlara sahip makineler, daha hafif, daha kompakt ve daha hassas olabilirken aynı zamanda daha az bakım gerektirebilir.
Gövdesiz Bir Motoru Tasarımınıza Nasıl Entegre Edersiniz?
Tüm bunların yanı sıra, gövdesiz bir motorun gömülmesi, muhafazalı bir motor üzerine cıvatalama ve bunu yüke veya bir dişli setine bağlama işlemine kıyasla tasarım ayrıntılarına daha fazla dikkat edilmesini gerektirir. Burada, en önemli tasarım hususların üst seviye görünümü sunulmaktadır.
İlk olarak, gövdesiz motora dayalı mekanik tasarımı tamamlamak için ihtiyacınız olan bileşenleri belirleyin:
- Dişli. Gövdesiz motorlar genellikle, dişli boşluğu, uyumluluk veya hareket kaybı olmaksızın, yükü doğrudan yönlendirmek için kullanılır. Torku artırmak için bir dişli sistemine ihtiyaç duyulursa uygun seçenekler arasında kompakt düz, planet, sikloidal veya harmonik (gerinim dalgası) dişli setleri yer alır. Harmonik dişli, sıfır dişli boşluğuyla en kompakt form faktöründe yüksek bir azaltma oranı gerektiren uygulamalar için özellikle caziptir.
- Geri besleme cihazı. Çoğunlukla, bir kodlayıcı [uygulamaya bağlı olarak artımlı (incremental) veya mutlak (absolute)] kullanmak isteyeceksiniz. En düzensiz ortamlarda ise bir çözücü muhtemelen tercih edilen bir seçenek olabilir. Bu geri besleme cihazları, rotor konumunu tespit ederek kapalı döngü hız ve konum kontrolünü mümkün kılar. Bir Hall üzerindeki üzerindeki Hall yolları veya motora entegre özel bir Hall sensörü, servo sürücünün motora iletilen gücü uygun şekilde kontrol etmek için ihtiyaç duyduğu bilgileri sağlar.
- Frenler. Elektrik kesintisi veya başka bir sistem arızası durumunda tutma torkunu sağlamak ve güvenliği mümkün kılmak (özellikle dikey uygulamalarda) için elektronmanyetik veya mekanik frenler gerekebilir. Fren, motor kapatıldığında yükü sabit bir konumda "park etmek" için de kullanılabilir.
- Rulmanlar. Gövdesiz rotor, doğrudan makinenin ekseninin kendi rulmanlarıyla desteklenen dönen miline bağlanır. Genel makine tasarımını değiştirmenize gerek yoktur ancak mil ve rulmanların nerede olduğunu anlamanız ve mil üzerinde rotorun eklenebileceği bir nokta belirlemeniz, ardından da bu konuma göre stator için muhafaza elemanı oluşturmanız gerekir.
Daha sonra diğer makine tasarımı elemanlarını göz önünde bulundurun:
- Form faktörü. Mekanik tasarımınız motor çapı veya uzunluğu açısından kısıtlı mı? Gövdesiz motorlar, hem tork meydana getiren (daha az eksenel uzunluğa sahip) hem de servo (daha fazla eksen uzunluğuna sahip) tasarımlarda mevcuttur. Uygulamanız nispeten kompakt bir eksenel uzunluğa uyum sağlayabilirse tork meydana getiren bir tasarımın daha geniş olan çapının maksimum tork yoğunluğuna ulaşmak üzere D2L kuralından yararlanmanıza olanak sağlayacağını unutmayın.
- Isı dağılımı. Gövdesiz stator doğrudan makineye gömülü olduğundan statoru destekleyen muhafaza malzemesinin yeterince soğutma sağladığından emin olun. Tipik olarak statorun hemen yakınında en az 4-6 mm'lik bir duvar kalınlığının olması gerekir. Alüminyum, bu amaç için en iyi ve en yaygın şekilde kullanılan, termal olarak iletken malzemedir. Çelik de iyidir ancak bazı paslanmaz çelik alaşımları ısının uzaklaştırılmasında daha az etkili olabilir ve bunların kullanımı uygun tasarım incelemesine tabi tutulmalıdır.
- Termal sınırlamaları anlayın. Motorun tertibata nasıl oturduğuna dayalı olarak ısının mekanik sistemdeki etkilerini göz önünde bulundurun. Örneğin; 155°C maksimum sargı sıcaklığına sahip bir motor, bir döner aktüatörün dar sınırlarındaki yağlayıcıları ve elektronik bileşenleri nasıl etkileyecektir?
Etkili soğutmayla bile motor armatürünün bir veya iki inç dâhilindeki sıcaklık yalnızca 15°C ila 20°C daha düşük olabilir. Isıya duyarlı bileşenlerin yeterince uzağa yerleştirildiğinden emin olun ve/veya daha düşük bir maksimum sargı sıcaklığında gerekli torku ve hızı sağlayabilecek bir motor düşünün. Kollmorgen web sitesinde bulunan tasarım araçları, tasarım mühendislerinin gövdesiz motorlarımızın uygulama için gereken termal sınırlarda nasıl performans gösterdiğini anlamalarına olanak sağlar. - Termal sensörleri göz önünde bulundurun. Bunlar motorun aşırı ısınıp ısınmadığını belirlemek için kullanılabilir. Servo sürücüye eklenen bir pozitif sıcaklık katsayılı (positive temperature coefficient, PTC) termal cihaz, gerekirse sistemin güvenli bir şekilde kapanmasını sağlayabilir. Prototip oluşturma sırasında, motorun gereken tork/hız yük noktasında çalışırken ne kadar ısındığını ölçmek amacıyla bir lineer termistör tipi sensör kullanmak isteyebilirsiniz. Gelişmiş kontrol sistemlerinde, motorun çok çalıştığı zamanları izlemek ve sistemin bakım gereken zamana karar vermesine yardımcı olmak üzere sensörler kullanılabilir.
- Üretilebilirlik için tasarım. Döner aktüatör gibi bir hareket sistemi tasarlarken cihazın üretiminin yanı sıra kullanım ömrü boyunca bu cihazın bakım sürecinde yer alacak olan tüm adımlar ve maliyetler de dâhil olmak üzere nihai sonucu göz önünde bulundurarak başlayın. Bir prototip oluşturmanın tam ölçekli üretimle aynı olmadığını unutmayın. Tüm bileşenler için güvenilir bir kaynağa sahip olduğunuzdan ve montaj sürecinin basit olduğundan emin olun.
Ayrıca sabit mıknatıslı rotorda bulunan yüksek manyetik kuvvetleri de dikkate alın. Motorları güvenli bir şekilde monte etmek için ihtiyaç duyacağınız özel takım ve armatürleri planlayın.
Neden TBM2G Gövdesiz Servo Motorlar Kullanılmalıdır?
Kollmorgen, kanıtlanmış TBM ve KBM serilerimizin yanı sıra yenilikçi TBM2G serimizde de kapsamlı bir gövdesiz servo motor yelpazesi sunuyor. 24'ten 680 VDC'ye kadar olan bara gerilimleri için, yüksek torklu uygulamalardan yüksek hızlı uygulama gereksinimlerine, sıradan ortamlardan zorlu ve ekstrem ortamlara kadar, gövdesiz servo motor teknolojisinden yararlanan neredeyse her uygulama için bir Kollmorgen çözümü mevcuttur.
Bizim en yeni ve en yenilikçi motor ailemiz olan TBM2G Serisi, tork meydana getiren (pankek/yassı) tasarımı kullanarak son derece kompakt bir elektromanyetik pakette en yüksek tork yoğunluğunu sağlar. Tork meydana getiren form faktörü uygulama gereksinimlerinize uygunsa burada, TBM2G serisini seçmeniz için en önemli nedenler sunulmaktadır:
- Termal verimlilik. Rakip motorların 155°C maksimum sargı sıcaklığına kıyasla TBM2G motorları, yalnızca 85°C'lik bir sargı sıcaklığında olağanüstü derece iyi performans gösterecek şekilde optimize edilmişlerdir (ancak 155°C maksimum sargı sıcaklığında daha yüksek sürekli performansı da sürdürebilirler).
TBM2G'deki düşük termal artış, yüksek sıcaklıkların rulman ve dişli yağlayıcılarına, geri besleme elektroniklerine ve diğer ısıya duyarlı bileşenlere başka bir şekilde zarar verebileceği oldukça dar alanlarda kullanım için TBM2G'yi ideal hâle getirir. - Geniş boyut yelpazesi. 48 VDC'ye kadar olan bara gerilimleri için optimize edilmiş TBM2G motorları, her biri üç yığın uzunluğu (8, 13, 26 mm) ve üç sargı varyasyonu (A, C, D) seçeneğine sahip olan yedi gövde boyutu çapında (50-115 mm) mevcuttur. Bu da neredeyse her türlü düşük gerilimli uygulamaya uyacak toplam 63 standart konfigürasyon bulunduğu anlamına gelir.
- Ölçeklendirmeye hazır. Kollmorgen, en yüksek kaliteyi korurken rakiplerimiz kadar veya onlardan daha hızlı prototip motorlar sunabilir. Daha da önemlisi, tasarımınız tamamlandıktan sonra makinenizi pazara daha hızlı ve güvenle sunmanıza yardımcı olmak için mükemmel tutarlılığı korurken hızla tam üretim miktarlarına kadar ölçeklendirebiliriz.
Geleceğiniz Gövdesiz Motor Mu?
Gövdesiz motorlar, hareketi basitleştirir ancak iş bunları optimize edilmiş bir mekanik tasarıma dâhil etmeye geldiğinde çok sayıda hareketli parça vardır. Sorunları çözmenize yardımcı olmak için buradayız. Bir Kollmorgen uzmanı ile iletişime geçin ve uygulamanıza ilişkin gövdesiz motor fırsatlarını tartışalım.
