Mikä on kehyksetön moottori

Monilla ostopäälliköillä ja insinööreillä on taipumus sekoittaa kehyksettömät moottorit tavanomaisiin servo-momenttimoottoreihin tai jopa olettaa, että kehyksetön moottori on yksinkertaisesti tavallinen moottori, jonka kotelo on poistettu.

Itse asiassa kehyksetön moottori ei ole täydellinen moottori, joka voidaan asentaa ja käyttää suoraan . Sen sijaan se on joukko sähkömagneettisia moottorikomponentteja, jotka koostuvat pääasiassa staattorista ja roottorista. Se ei sisällä koteloa, laakereita, ulostuloakselia, päätykansia tai muita mekaanisia rakenteita. Insinöörien on integroitava moottori suoraan itse laitteeseen.

Perusmääritelmä ja ydinrakenne

Mikä on kehyksetön moottori?

Perinteinen servomoottori on täydellinen, itsenäinen moottori. Sen kotelo, laakerit, akseli ja käämit ovat täysin integroituja. Käyttäjät yksinkertaisesti asentavat moottorin ja yhdistävät kuorman kytkimen kautta ennen käyttöä.

Kehyksetön moottori sitä vastoin toimitetaan kahtena ydinkomponenttina:

Staattori (laminoitu ydin käämeillä) + Roottori (kestomagneeteilla)

Se ei sisällä koteloa, laakereita, ulostuloakselia tai päätykansia.

Laitekotelo itse toimii moottorin kotelona, ​​kun taas laitteen omat laakerit tukevat roottoria. Koneen pääakseli kulkee suoraan roottorin reiän läpi, jolloin moottorista voi tulla integroitu osa koko konetta.

Kahden ydinkomponentin analyysi

Staattori:
Staattori koostuu laminoiduista pii-teräslevyistä ja kuparikäämeistä. Se on asennettu turvallisesti laitteen kotelon sisään ja tuottaa pyörivän magneettikentän, kun se on kytkettynä.

Joissakin malleissa on sisäänrakennetut lämpötila-anturit ylikuumenemissuojaa varten. Hall-anturit ja anturin asennusjalustat voidaan myös konfiguroida asiakkaan tarpeiden mukaan.

Roottori:
Roottori sisältää tai on sidottu tehokkailla kestomagneeteilla ja on asennettu suoraan koneen pyörivään pääakseliin pyörien yhdessä kuorman kanssa.

Kehyksettömiä moottoreita on yleensä saatavana kahdessa rakennekokoonpanossa: sisäroottori ja ulkoroottori..

• Sisäroottorimoottoreissa on pienempi inertia ja nopeampi vaste.

• Ulkoroottorimoottoreilla on suurempi roottorin halkaisija ja ne tarjoavat suuremman vääntömomentin pienillä nopeuksilla, joten ne sopivat raskaaseen liitossovelluksiin.

Kuinka kehyksetön moottori toimii?

Toimintaperiaate on olennaisesti sama kuin harjattomalla servomoottorilla.

Servokäyttö syöttää kolmivaiheista virtaa staattorin käämeille, jolloin syntyy pyörivä magneettikenttä. Tämä magneettikenttä saa kestomagneettiroottorin pyörimään synkronisesti.

Ulkoista enkooderia käytetään tyypillisesti asennon, nopeuden ja vääntömomentin suljetun silmukan ohjaamiseen.

Keskeinen ero on, että kone itse tuottaa kaikki mekaaniset tukirakenteet , kun taas moottorin osat ovat ensisijaisesti vastuussa vääntömomentin ja pyörimisnopeuden tuottamisesta.

Kehyksetön moottori vs. perinteinen suljettu servomoottori

Kehyksettömien moottoreiden tärkeimmät edut

Erittäin korkea vääntömomenttitiheys, pienempi koko ja pienempi paino

Poistamalla moottorin kotelon ja tarpeettomat mekaaniset rakenteet, kehyksettömät moottorit voivat lyhentää merkittävästi aksiaalista pituutta säilyttäen samalla vääntömomentin.

Laitteen kokonaispainoa voidaan vähentää noin 20–40 % , mikä tekee kehyksettömistä moottoreista erityisen sopivia ahtaisiin ja painoherkkiin sovelluksiin, kuten robottiliitoksiin, kädessä pidettäviin lääketieteellisiin laitteisiin ja lentokoneisiin.

Poistaa välivaihteiston, nolla välyksen ja paremman paikannustarkkuuden

Roottori voidaan asentaa suoraan kuorma-akselille, mikä eliminoi vaihteiston välikomponentit, kuten kytkimet, jakohihnat ja vaihteet.

Tämä auttaa eliminoimaan vaihteiston välyksen, lisäämään järjestelmän jäykkyyttä, parantamaan vastenopeutta ja saavuttamaan erittäin korkean toistuvan paikannustarkkuuden.

Tämän seurauksena kehyksettömät moottorit sopivat erityisen hyvin tarkkuusliikesovelluksiin.

Korkea integraatio ja suurempi suunnittelun joustavuus

Monissa kehyksettömissä moottoreissa on suuri onttorengasrakenne. Kaapelit, letkut ja muut komponentit voivat kulkea suoraan moottorin keskellä olevan onton reiän läpi.

Tämä yksinkertaistaa huomattavasti sisäistä kaapelin reititystä ja on erityisen hyödyllinen sovelluksissa, kuten robottiliitoksissa ja pyörivissä pöydissä.

Joustava lämmönhallinta

Koska staattori voidaan asentaa suoraan laitekoteloa vasten, itse konekotelo voi toimia lämmönpoistoalustana.

Järjestelmä voi käyttää luonnollista jäähdytystä tai sisältää vesi- tai öljyjäähdytyskanavia, jolloin kehyksettömät moottorit sopivat jatkuvaan korkean vääntömomentin käyttöön.

Soveltuu erikoisympäristöihin ja räätälöityihin vientisovelluksiin

Moottorin osat voidaan suojata erityisesti vaativiin käyttöympäristöihin, mukaan lukien tyhjiö, korkea ja matala lämpötila sekä korkea kosteus.

Tämä tekee niistä sopivia lääketieteellisiin laitteisiin, ilmailujärjestelmiin, puolijohdelaitteisiin ja muihin sovelluksiin, jotka vaativat kansainvälisiä sertifikaatteja vientimarkkinoille.

Kehyksettömien moottoreiden luontaiset rajoitukset

Korkeammat järjestelmätason suunnitteluvaatimukset

Kehyksetön moottori ei ole plug and play -ratkaisu. Laitesuunnittelutiimin tulee käsitellä mekaanisen rakenteen suunnittelua, laakerien valintaa, staattorin ja roottorin samankeskisyyttä, kooderin integrointia ja lämmönhallintaa.

Kehitystyömäärä on siksi huomattavasti suurempi kuin perinteisellä servomoottorilla, mikä tekee kehyksettömistä moottoreista vähemmän sopivia pieniin projekteihin tai nopeaan prototyyppien valmistukseen.

Lämmönhallinnasta tulee laitesuunnittelun vastuu

Kehyksettömässä moottorissa ei ole omaa integroitua jäähdytysrakennetta.

Jos laite ei johda riittävästi lämpöä pois, jatkuva käyttö voi helposti johtaa ylikuumenemishälytyksiin tai kestomagneettien demagnetoitumiseen.

Tämä on yksi yleisimmistä vikapisteistä ulkomaisissa laiteprojekteissa.

Tiukat kokoonpanovaatimukset

Staattorin ja roottorin välinen ilmarako on hyvin pieni. Virheellinen kohdistus tai epäkeskokokoonpano voi aiheuttaa epänormaalia virtaa, liiallista tärinää ja kestomagneettien hankautumista tai vaurioita.

Siksi tehtaan kokoonpanoprosesseille, kiinnityksille ja työkaluille asetetaan tiukat vaatimukset.

Kokonaiskustannukset eivät välttämättä ole pienemmät pienikokoisissa projekteissa

Itse moottorisarja voi tarjota kustannusetua. Kuitenkin, kun mekaaninen kehitys, työkalut, enkooderit, laakerit ja muut komponentit sisällytetään mukaan, pienen erän projektin kokonaiskustannukset voivat itse asiassa olla korkeammat kuin täydellisen servomoottorin ostaminen.

Kehyksettömien moottoreiden kustannusedut ovat yleensä selvempiä suurissa OEM-tuotannossa.

Milloin sinun pitäisi valita perinteinen suljettu servomoottori?

Täydellinen servomoottori on yleensä parempi valinta tavallisille automaatiolinjoille, tavanomaisille työstökoneille, kuljetinjärjestelmille, projekteille, joissa on rajalliset suunnitteluresurssit, nopeat käyttöönottovaatimukset tai pienten erien prototyyppejä.

Se vähentää kehityksen monimutkaisuutta ja kokonaisprojektin riskiä.

Tärkeimmät kehyksettömien moottoreiden sovellusalat

Robotiikka – suurin sovellusmarkkina

Yhteistyörobotit, humanoidirobottiliitokset, nelijalkaiset robotit ja eksoskeletonrobotit ovat tärkeitä sovellusalueita.

Ontoista kehyksettömistä moottoreista on tullut yleinen ratkaisu robottiliitoksille, koska ne voivat tuottaa suuren vääntömomentin rajoitetussa asennustilassa ja tarjoavat kätevän sisäisen kaapelin reitityksen.

Maailmanlaajuinen OEM-kysyntä jatkaa kasvuaan.

Lääketieteelliset tarkkuuslaitteet

Käyttökohteita ovat kirurgiset robotit, kuntoutuslaitteet ja lääketieteelliset pyörivät pöydät.

Lääketieteelliset laitteet asettavat tiukat vaatimukset koolle, painolle, puhtaudelle ja turvallisuudelle.

Kehyksettömiä moottoreita voidaan integroida suoraan laitteisiin, mikä minimoi paljaat voimansiirtokomponentit ja auttaa täyttämään ulkomaisten lääketieteellisten laitteiden sertifiointivaatimukset.

Puolijohde- ja tarkkuusautomaatio

Käyttökohteita ovat kiekkojen pyörivät vaiheet ja tarkkuustarkastuksen pyörivät mekanismit.

Nämä järjestelmät asettavat etusijalle nolla välyksen ja suuren jäykkyyden. Kuorman suoraan ajaminen vähentää perinteisten voimansiirtojärjestelmien aiheuttamia virheitä.

Ilmailu- ja erikoislaitteet

Sovelluksia ovat ilmassa toimivat toimilaitteet ja sähköoptiset tai anturikidat.

Nämä sovellukset vaativat tiukkaa painonhallintaa ja luotettavaa toimintaa vaativissa korkeissa ja matalissa lämpötiloissa.

Huippuluokan työstökoneet ja suoravetoiset pyörivät pöydät

Kehyksettömiä moottoreita voidaan integroida suoraan pyöriviin pöytiin suorakäyttöisen pyörityksen aikaansaamiseksi.

Tämä eliminoi perinteiset mato-pyörävaihteistomekanismit ja parantaa samalla pyörimisnopeutta ja paikannustarkkuutta.

Sovellukset, joita ei suositella:
Perinteisissä tuotantolinjoissa, vakiokaiverruslaitteistoissa ja yksinkertaisissa voimansiirtomekanismeissa kehyksettömän moottorin käyttö voi vain lisätä kehityksen monimutkaisuutta ilman, että se tuo merkittäviä suorituskykyetuja.

Viisi avainkohtaa kehyksettömän moottorin valinnassa ja integroinnissa

Erottele jatkuva vääntömomentti huippumomentista

Moottorin valinnan tulee perustua laitteen todellisiin käyttöolosuhteisiin.

Insinöörien on tehtävä ero jatkuvan RMS-vääntömomentin ja lyhytaikaisen huippuvääntömomentin välillä.

Monet asiakkaat valitsevat moottorit vain huippuvääntömomentin perusteella jättäen huomiotta jatkuvan vääntömomentin vaatimukset pitkäaikaisen käytön aikana. Tämä voi aiheuttaa ylikuumenemista ja moottorivian.

Eri merentakaisille markkinoille ja käyttöympäristöihin vietäville laitteille tulee aina varata riittävä vääntömomentin turvamarginaali.

Mekaaninen rakenne ja samankeskisyyden ohjaus

Staattori on kiinnitettävä tukevasti koneen runkoon, kun taas roottori on kiinnitettävä tiukasti pääakseliin.

Staattorin ja roottorin ilmaväli on säilytettävä tarkasti.

Virheellinen samankeskisyys voi aiheuttaa tärinää, melua ja kestomagneettien kulumista.

Vientiin tarkoitettujen laitteiden osalta tulisi myös ottaa huomioon kuljetusvärinä merirahdin aikana ja toteuttaa asianmukaisia ​​löystymistä estäviä rakennesuunnitelmia.

Lämmönhallinta on kriittistä

Kehyksettöissä moottoreissa ei ole integroitua jäähdytysjärjestelmää.

Jatkuvan raskaan kuormituksen olosuhteissa lämmön poistuminen riippuu tyypillisesti alumiinikotelosta tai muista koneen rakenteista. Vesijäähdytystä voidaan tarvita tarvittaessa.

Yleinen ongelma ulkomaisten asiakkaiden keskuudessa on moottorin suora syöttö täydellä kuormalla ilman sopivaa lämpöpolkua. Moottori saattaa ylikuumentua lyhyessä ajassa.

Trooppisille ja korkean lämpötilan markkinoille vietävien laitteiden osalta tulisi harkita lisälämpömarginaalia.

Yhdistä Feedback Encoder servo-asemaan

Kehyksetön moottori ei yleensä sisällä kooderia.

Laitteen valmistajan on valittava ja integroitava anturi sovelluksen mukaan.

Anturin tarkkuuden, tiedonsiirtoprotokollan ja asennusmittojen on oltava täysin yhteensopivia servokäytön kanssa.

Taajuusmuuttajan tulee tukea harjatonta vääntömomenttimoottoria/servokäyttöä . Tavallinen yleiskäyttöinen taajuusmuuttaja ei ehkä pysty täysin hyödyntämään kehyksettömän moottorin suorituskykyä.

Arvioi kohdeasiakkaan tekniset valmiudet

Jos ulkomaisella loppuasiakkaalla ei ole riittäviä mekaanisia integrointikykyjä, kehyksettömän moottorin toimittamista irtonaisina komponentteina ei yleensä suositella.

Väärä kokoonpano voi helposti johtaa laitevikaan.

Ulkomaisille OEM-asiakkaille HOLRY voi tarjota standardoituja kehyksettömiä moottorisarjoja sekä täydelliset kokoonpanoohjeet ja tekninen dokumentaatio , mikä auttaa vähentämään integraatioriskejä kansainvälisille asiakkaille.

Yleisiä väärinkäsityksiä kehyksettömistä moottoreista

Väärinkäsitys 1: Kehyksetön moottori on yksinkertaisesti tavallinen servomoottori ilman koteloa

Kehyksetön moottori on pohjimmiltaan sähkömagneettinen moottorikokoonpano.

Laakerit, lämmönhallinta, takaisinkytkentäjärjestelmät ja mekaaniset tukirakenteet on suunniteltava ulkoisesti.

Se ei voi yksinkertaisesti korvata täydellistä servomoottoria. Suora korvaaminen ilman mekaanisen järjestelmän uudelleensuunnittelua aiheuttaa väistämättä integraatioongelmia.

Väärinkäsitys 2: Moottorin valinnan tulisi perustua vain huippumomentin perusteella

Huippuvääntömomentti on käytettävissä vain lyhytaikaisessa käytössä.

Pitkäaikaisessa käytössä jatkuva vääntömomentti ja lämmönhallinta ovat paljon tärkeämpiä.

Tehokaskin moottori voi ylikuumentua ja kärsiä kestomagneettidemagnetisaatiosta, jos jäähdytysjärjestelmä ei ole riittävä.

Väärinkäsitys 3: Kehyksettomat moottorit vähentävät aina pienten erien prototyyppien kustannuksia

Pienieräprojekteissa kehitys-, työkalu-, enkooderi-, laakeri- ja muut tukikustannukset voivat lisätä merkittävästi kokonaisinvestointia.

Kehyksettömien moottoreiden täydet kustannusedut toteutuvat yleensä suuressa OEM-tuotannossa.

Väärinkäsitys 4: Samankeskisyyttä ei tarvitse valvoa tiukasti

Koska staattorin ja roottorin ilmaväli on erittäin pieni, kokoonpanovirhe voi aiheuttaa roottorin ja staattorin kosketuksen, kestomagneettivaurioita, liiallista tärinää ja epänormaalia ääntä.

Ulkomaisten laitteiden huolto- ja vaihtokustannukset voivat olla erittäin korkeat.

Väärinkäsitys 5: Vientilaitteet voivat käyttää samaa mallia ympäristöstä riippumatta

Laitteet, jotka toimitetaan alueille, joilla on korkea lämpötila, korkea kosteus tai korkea pölytaso, edellyttävät lisähuomiota käämien eristykseen ja kestomagneettisuojaukseen.

Matalan lämpötilojen markkinoilla on myös arvioitava kestomagneettien suorituskyky matalissa lämpötiloissa.

Kotimaisia ​​prototyyppisuunnitelmia ei pitäisi yksinkertaisesti siirtää ulkomaisille markkinoille ilman ympäristöön mukauttamista.

FAQ

Q1: Voinko käyttää kehyksetöntä moottoria heti sen ostamisen jälkeen?

V: Ei.

Kehyksetön moottori toimitetaan staattori + roottori - sarjana . Koko koneessa on oltava kotelo, laakerit, pääakseli, anturi ja servokäyttö.

Mekaaninen asennus ja sähköinen käyttöönotto on suoritettava ennen kuin moottori voi toimia kunnolla.

Q2: Mikä on kehyksettömän moottorin ja suoravetoisen momenttimoottorin välinen suhde?

V: Kehyksetön moottori on yksi suoravetoisen vääntömomenttimoottorin muoto.

Suorakäyttöisiä moottoreita on saatavana sekä kokonaisina koteloituina moottoreina että kehyksettöminä moottorisarjoina.

Kehyksetön versio vaatii integroinnin asiakkaan laitteisiin.

Q3: Millaiset projektit sopivat kehyksettömille moottoreille?

V: Kehyksettomat moottorit sopivat erityisesti sovelluksiin, jotka:

• Tilaa tiukat rajoitukset

• Vaatii kevyttä muotoilua

• Vaadi nolla välystä ja suurta paikannustarkkuutta

• Edellyttää suuria määriä OEM-tuotantoa

• Sinulla on insinööritiimejä, jotka pystyvät integroimaan mekaanisia ja servoja

Projekteissa, joissa on rajalliset T&K-resurssit tai pienikokoiset prototyypit, täydellinen servomoottori on yleensä parempi vaihtoehto.

Q4: Voidaanko kehyksettömiä moottoreita viedä? Mitä tukikomponentteja tarvitaan?

V: Kyllä.

Kehyksettömät HOLRY-moottorit tukevat vientivaatimuksia, kuten CE-sertifiointia.

Ulkomaisille asiakkaille toimittajien tulee toimittaa kokoonpanokäsikirjat, vääntömomenttikäyrät, lämpötilasuojaparametrit ja tekniset ohjeet jäähdytysjärjestelmistä, koodereista ja laakerien valinnasta.

Q5: Mitkä ovat yleisimmät kehyksettömän moottorin vikojen syyt?

V: Yleisiä vian syitä ovat:

• Riittämätön lämmönhallinta, joka johtaa ylikuumenemiseen ja kestomagneettien demagnetoitumiseen

• Staattorin ja roottorin kohdistusvirhe aiheuttaa roottorin ja staattorin kosketuksen

• Enkooderin ja servokäytön yhteensopimattomuus

• Väärä laakerin valinta

• Virheelliset kuormituslaskelmat ja riittämätön vääntömomenttimarginaali

Johtopäätös

Kehyksetön moottori ei ole 'perinteisen täydellisen servomoottorin tehokkaampi versio.'

Sen sijaan se on ydinsähkömagneettinen moottorikokoonpano, joka on suunniteltu erittäin integroituihin ja räätälöityihin laitteisiin.

Sen tärkeimmät edut tulevat sen korkeasta integraatiotasosta, mutta tämä luo myös korkeampia vaatimuksia järjestelmätason kone- ja sähkötekniikalle.

Moottorin valinnan ei tulisi perustua pelkästään tuoteluettelossa mainittuihin vääntömomentti- ja nopeustietoihin.

Insinöörien tulee harkita koko hakemusta, mukaan lukien:

• Käytettävissä oleva asennustila

• Painonpudotusvaatimukset

• Tuotantomäärä

• T&K- ja suunnitteluvalmiudet

• Kohdevientimarkkinat

• Käyttölämpötila ja ympäristöolosuhteet

• Lämmönhallintavaatimukset

• Enkooderin ja servokäytön yhteensopivuus

Oikeaan sovellukseen kehyksetön moottori voi auttaa saavuttamaan pienemmän laitekoon, suuremman tarkkuuden, pienemmän painon ja paremman järjestelmän integroinnin.

Kehyksettömän moottorin valitseminen ilman riittävää teknistä valmistelua voi kuitenkin johtaa kehitysviivästyksiin, korkeampiin vikojen määrään ja merkittävästi kasvaneisiin ulkomailla myynnin jälkeisiin kustannuksiin.

HOLRY on erikoistunut tuotekehitykseen ja valmistukseen kehyksettömien moottoreiden ja servo-moottoreiden .

HOLRY tarjoaa 15 vuoden käytännön kokemuksen liikkeenohjaussuunnittelusta ja 10 vuoden kokemuksen maailmanlaajuisten kansainvälisten kauppaprojektien palvelemisesta , joten se tarjoaa standardoituja kehyksettömiä moottorisarjoja ja tukee myös räätälöityjä käämejä, onttoja mittoja ja valinnaisia ​​antureita.

Nämä ratkaisut on suunniteltu täyttämään vaatimukset. robotiikan, lääketieteellisten laitteiden, tarkkuusautomaation ja muiden huippuluokan OEM-sovellusten .

Jos olet arvioimassa, sopiiko kehyksetön moottori projektiisi, ota yhteyttä HOLRYn tekniseen tiimiin ja kerro kuormitusolosuhteet, käytettävissä oleva asennustila ja kohdemarkkinasi.

HOLRY voi tarjota ilmaisen moottorin valinnan arvioinnin ja teknisen tuen , joka auttaa sinua löytämään oikean kehyksettömän moottoriratkaisun sovellukseesi.