Birçok uygulamada, görece düşük motor hızlarında çok yüksek tork ve sorunsuz hareket gereklidir. Elektro-optik/kızılötesi sistemler bunun tam bir örneğidir.
EO/IR görüntüleme, askeri savunmada, kara, hava, deniz ve uzay uygulamaları için kullanılmaktadır. Bu sistemler, gündüz ve gece, sis, duman, kum fırtınası ve toz gibi her türlü aydınlatma koşulu altında durumsal farkındalık ve hedefleme sağlar. Ayrıca bu sistemlerin, aracın hızlanması/yavaşlaması, titreşim, yol kaynaklı darbeler, hava türbülansı ve diğer beklenmedik kuvvetler karşısında hareketi dengelerken mutlak kararlı bir görüntü elde etmeleri ve bunu korumaları da gerekmektedir.
Görece büyük atalet kuvvetlerine yanıt olarak, görüntü dengeleyicileri için yüksek tork gereklidir. Dengeleyici art arda sürekli olarak yeni pozisyonlara hareket ederken ve yerleşirken, olası en net görüntüyü sağlamak için pürüzsüz hareket gereklidir. Sistemi hafif ve duyarlı kılmak için, sisteme karmaşıklık, uyumluluk ve geri tepme niteliklerini katan dişliler ve diğer aktarım bileşenleri gerekmeden görece düşük hızlı motorlar gereklidir.
Teknoloji İkilemi
Benzer gereksinimleri karşılaması gereken herhangi türlü uygulamada mühendisler, genellikle motor teknolojisi ve yetenekleri konusundaki yanlış kanılarla daha da artan bir ikilem ile karşı karşıyadır.
Maksimum kullanılabilir tork ve tork yoğunluğunu elde etmenin en iyi yolu, nüveli laminasyon tasarımına sahip olan geleneksel fırçasız motorlar kullanmaktır. Ancak bu motorlar doğaları gereği vuruntu torku sergiler, bu da düşük hızlarda işlemin pürüzsüzlüğünü etkiliyor gibi görünebilir. Nüvesiz motorlar vuruntu torkuna maruz kalmaz, ama yine de enerji verildiğinde tork dalgalanması sergileyebilir ve geleneksel motor ile karşılaştırıldığında aynı tork/hacim oranını veremezler.
Peki düşük hızlı ve yüksek torklu uygulamalarda hangi teknoloji seçilmelidir? Ve olası en pürüzsüz hareketi nasıl sağlayabilirsiniz? Gelin ilgili konseptlere daha yakından göz atalım.
Vuruntu Torku
Vuruntu torku, büyük ölçüde, rotora monte edilen kalıcı mıknatıslar ile statör laminasyonlarının çelik dişleri arasındaki çekim kuvvetinden kaynaklanır. Geleneksel bir fırçasız motorun milini çevirdiğinizde bu vuruntuyu, aralıklı bir "sarsılma" hareketi şeklinde fiziksel olarak hissedebilirsiniz. Nüvesiz motorlarda bu nitelik yoktur. Enerji altında olmadığında, rotor serbest şekilde dönebilir çünkü kalıcı mıknatıslar ile manyetik olmayan statör bobinleri arasında bir etkileşim olmaz.
Her ne kadar vuruntu torku, tork dalgalanması olgusuna katkıda bulunsa da, enerji altındaki bir motorun elektromanyetik özelliklerinin enerji altında olmayan bir motordan çok farklı olacağını unutmamak gerekir, ayrıca parmaklarınızla hissettiğini vuruntu, doğrudan, hareket halinde yük tarafından "hissedilebilecek" vuruntuya dönüşmez.
Tork Dalgalanması
Tork dalgalanması, enerji altındaki bir motorda bir rotorun dönüşü boyunca görülen düzensiz tork üretimidir ve gerek elektromanyetik alanlardaki değişimlerden gerekse bunların rotor ile statör arasındaki etkileşimlerinden kaynaklanır. Geleneksel bir motordaki vuruntu torku, bu değişimleri artırır.
Vuruntu torku, geleneksel bir motorda tork dalgalanmasını etkiler.
Ancak, nüvesiz motorlar da dâhil tüm elektrik motorlarında tork dalgalanması olduğu unutulmamalıdır. Bunun başlıca nedeni vuruntu değil bobin reaksiyonudur. Akım seviyeleri arttıkça, manyetik devre üzerindeki akı kayar ve motor torku sabit dalga formuna harmonik ekler. Bu etki, nüvesiz motorlarda ve orta-yüksek akım arasında en çok kendini gösterir.
Bobin reaksiyonu, elektromanyetik dalga formlarındaki harmonik bozulmayı tetikler ve bir nüvesiz motorda tork dalgalanmasına yol açar.
Nüvesiz motorların tork dalgalanması sergilemediği iddiası bir söylentidir. Yüksek hızlarda rotorun ve yükün ataleti her türlü tork dalgalanmasını "yumuşatma" eğilimindedir. Ancak, ister geleneksel motor kullanın ister nüvesiz motor, düşük hızlı uygulamalarda tork dalgalanması nedeniyle sürülen yükte istenmeyen dalgalanmalar oluşabilir. Mükemmel düzeyde pürüzsüz harekete bağlı olan düşük hızlı uygulamalarda bu önemli bir sorundur ve genel sistem tasarımı içinde giderilmesi gerekir.
Örneğin EO/IR sistemlerinde, tork dalgalanması görsel verinin kalitesini bozabilir, bir taarruz uygulamasında hedefleme doğruluğunu etkileyebilir ve hatta bir savunma uygulamasında askerlerin güvenliğini riske atabilir.
Geleneksel Nüveli Laminasyon Tasarımı mı Nüvesiz Tasarım mı?
Nüvesiz motorları pazarlayan kişiler, EO/IR gibi uygulamalarda vuruntu torkunun olmamasını istenen bir özellik olarak ön plana çıkarabilir. Ancak vuruntu torku, genel olarak bazı nedenlerden dolayı, servo motorların teknik özellikleri arasında sunulmaz. En önemli olanı, daha önce de söz edildiği üzere, motorun enerji altındaki davranışıdır ve nüvesiz tasarımlar da dahil tüm motorlar tork dalgalanmasına maruz kalır.
EO/IR uygulamalarında, geleneksel fırçasız motorlar genelde daha iyi bir seçimdir. Aynı boyuttaki motorlar ele alındığında, geleneksel nüvesiz laminasyon motor daha yüksek bir kullanılabilir tork/hacim oranı sunar. Bu, EO/IR gibi birçok uygulamada gereken düşük hızlarda (tipik olarak 500 rpm altında) özellikler önemlidir.
Geleneksel bir motor, eşit hacimdeki bir nüvesiz motora göre belirgin ölçüde daha yüksek sabit ve tepe tork değerleri üretir.
Bu fırçasız motor tasarımlarını ve belirli bir uygulamaya yönelik güçlü yanlarını daha yakından incelemek için "Nüveli ve Nüvesiz Motorlar: Bilmeniz Gerekenler" başlıklı blog yazımıza göz atın.
Tork Dalgalanmasını Hafifletme
Diyelim ki düşük hızlı uygulamanızda maksimum tork yoğunluğu sağlamak için seçiminizi geleneksel fırçasız motordan yana kullandınız, bu durumda tork dalgalanmasını en aza indirmek için ne yapabilirsiniz? Vuruntu torku tork dalgalanmasını artırabileceğinden, seçilecek yollardan biri, vuruntu torkunu azaltacak motor modifikasyonuna gitmektir. Bu yaklaşımı "Nüveli ve Nüvesiz Motorlar: Bilmeniz Gerekenler" yazımızda ele aldık.
Bu tasarım değişiklikleri torku ve tork yoğunluğunu az ya da çok bir dereceye kadar azaltma eğilimindedir, ancak vuruntu torkunu tümüyle ortadan kaldıramaz. Modifiye edilmiş bir motor tasarımı kullanılsın ya da kullanılmasın, tork dalgalanmasını en aza indirmedeki en güçlü araç, yüksek çözünürlüklü geri bildirim, yüksek bant genişliğinde kontrol döngüleri ve gelişmiş, yük bozulması engelleyici sürücü algoritmalarını da kapsayan kontrol sisteminin kendisidir.
Rotorun dönüşü boyunca yüke uygulanan torka/kuvvete ilişkin yüksek çözünürlüklü bir geri bildirim sinyali, pürüzsüz ivmelenme ve hızı muhafaza etmek için sürücünün komut sinyali ile bir araya getirilerek tork dalgalanması iptal edilebilir. Bu işlem, gürültü engelleyen kulaklıklarda istenmeyen ortam gürültüsünü gidermek için kullanılan 180° faz tersleme tekniğine benzetilebilir. Tipik olarak EO/IR uygulamalarında kullanılan bu tür gelişmiş sürücüler, tork dalgalanmasını bu şekilde hafifletebilir.
Benzer şekilde, hız ve/veya pozisyon döngüsü modunda çalışırken, motorun geri bildirim sinyali ile motor komut sinyali birleştirilerek hız döngüsünün tork dalgalanmasını reddetmesi sağlanabilir. Hız döngüsü bant genişliği, tork dalgalanmasına katkıda bulunan ana bileşenleri baskılayacak kadar yüksek olduğunda, vuruntu torkunun hiçbir etkisi olmayacak ve hız dalgalanması neredeyse tümüyle ortadan kalkacaktır.
Yüksek çözünürlüklü geri bildirim, yüksek bant genişliğinde kontrol döngüleri ve gelişmiş, yük bozulması engelleyici sürücü algoritmaları çoğu tork dalgalanmasını ortadan kaldırabilir.
Toparlarsak
Uygulama için doğru motor teknolojisinin seçilmesi, uygun olan yerlerde modifiye edilmiş bir motor tasarımının kullanılması ve tork dalgalanmasını hafifletecek kontrol teknolojilerinin uygulanması arasında, neredeyse her türlü uygulama için mükemmel uyumlu bir motorda doğru tork yoğunluğu-pürüzsüzlük dengesini elde etmek mümkündür.
EO/IR gibi düşük hızlı, yüksek torklu, süper pürüzsüz bir uygulama söz konusu olduğunda, bunun anlamı, vuruntuyu en aza indirmek için muhtemelen belirli tasarım modifikasyonlarına sahip geleneksel yüksek torklu bir motor seçmek ve tork dalgalanmasını büyük ölçüde azaltmak için uygun geri bildirim kontrol teknolojileri uygulamaktır. Diğer uygulama türlerinin de kendine has ve çok özel gereksinimleri vardır.
Kollmorgen, standart ve modifiye ürünlere, endüstriye özel uygulama teknik bilgisine ve her türlü hareket gereksinimini karşılamanız için gereken işbirliğine dayalı başarı bağlılığına sahiptir. Uygulamanızın neler yapabileceğini keşfetmeye hazır mısınız?