Što je motor bez okvira

Mnogi menadžeri nabave i inženjeri skloni su brkati motore bez okvira s konvencionalnim servo motorima ili čak pretpostaviti da je motor bez okvira jednostavno standardni motor s uklonjenim kućištem.

Zapravo, motor bez okvira nije potpuni motor koji se može izravno instalirati i njime upravljati . Umjesto toga, to je skup jezgre elektromagnetskih komponenti motora koji se prvenstveno sastoji od statora i rotora. Ne uključuje kućište, ležajeve, izlaznu osovinu, završne poklopce ili druge mehaničke strukture. Inženjeri moraju integrirati motor izravno u samu opremu.

Osnovna definicija i osnovna struktura

Što je motor bez okvira?

Konvencionalni servo motor je kompletan, samostalan motor. Njegovo kućište, ležajevi, vratilo i namoti potpuno su integrirani. Korisnici jednostavno montiraju motor i povežu opterećenje preko spojke prije rada.

Za razliku od toga, motor bez okvira isporučuje se kao dvije osnovne komponente:

Stator (lamelirana jezgra s namotima) + Rotor (s trajnim magnetima)

Ne uključuje kućište, ležajeve, izlaznu osovinu ili završne poklopce.

Samo kućište opreme služi kao kućište motora, dok vlastiti ležajevi opreme podupiru rotor. Glavna osovina stroja prolazi izravno kroz provrt rotora, omogućujući motoru da postane sastavni dio kompletnog stroja.

Analiza dviju ključnih komponenti

Stator:
Stator se sastoji od laminiranih silicij-čeličnih limova i bakrenih namota. Sigurno je montiran unutar kućišta opreme i stvara rotirajuće magnetsko polje kada je pod naponom.

Neki modeli imaju ugrađene temperaturne senzore za zaštitu od pregrijavanja. Hallovi senzori i baze za ugradnju kodera također se mogu konfigurirati prema zahtjevima kupaca.

Rotor:
Rotor sadrži ili je povezan s trajnim magnetima visokih performansi i izravno je montiran na rotirajuću glavnu osovinu stroja, okrećući se zajedno s teretom.

Motori bez okvira općenito su dostupni u dvije strukturne konfiguracije: unutarnji rotor i vanjski rotor.

• Motori s unutarnjim rotorom imaju manju inerciju i brži odziv.

• Motori s vanjskim rotorom imaju veći promjer rotora i daju veći okretni moment pri niskim brzinama, što ih čini prikladnima za teške primjene spojeva.

Kako radi motor bez okvira?

Princip rada je u biti isti kao kod servo motora bez četkica.

Servo pogon dovodi trofaznu struju do namota statora, generirajući rotirajuće magnetsko polje. Ovo magnetsko polje pokreće rotor s permanentnim magnetom na sinkronu rotaciju.

Vanjski koder obično se koristi za postizanje zatvorene kontrole položaja, brzine i momenta.

Ključna razlika je u tome što sve mehaničke potporne strukture osigurava sam stroj , dok su komponente motora prvenstveno odgovorne za generiranje momenta i brzine vrtnje.

Motor bez okvira u odnosu na konvencionalni zatvoreni servo motor

Ključne prednosti motora bez okvira

Ekstremno visoka gustoća zakretnog momenta, manja veličina i manja težina

Uklanjanjem kućišta motora i nepotrebnih mehaničkih struktura, motori bez okvira mogu značajno smanjiti aksijalnu duljinu uz zadržavanje istog momenta.

Ukupna težina opreme može se smanjiti za otprilike 20-40% , čineći motore bez okvira posebno prikladnim za prostorno ograničene i zahtjevne aplikacije kao što su robotski zglobovi, ručni medicinski uređaji i oprema u zraku.

Eliminira posredni prijenos, nulti zazor i veću točnost pozicioniranja

Rotor se može izravno montirati na teretnu osovinu, eliminirajući međukomponente prijenosa kao što su spojke, zupčasti remeni i zupčanici.

Ovo pomaže u eliminaciji zazora prijenosa, povećava krutost sustava, poboljšava brzinu odziva i postiže izuzetno visoku točnost ponavljanja pozicioniranja.

Kao rezultat toga, motori bez okvira posebno su prikladni za precizne primjene gibanja.

Visoka integracija i veća fleksibilnost dizajna

Mnogi motori bez okvira imaju dizajn velikog šupljeg prstena. Kabeli, cijevi i druge komponente mogu proći izravno kroz središnji šuplji otvor motora.

Ovo uvelike pojednostavljuje unutarnje usmjeravanje kabela i posebno je korisno u primjenama kao što su robotski spojevi i rotacijski stolovi.

Fleksibilno upravljanje toplinom

Budući da se stator može montirati izravno na kućište opreme, samo kućište stroja može poslužiti kao baza za raspršivanje topline.

Sustav može koristiti prirodno hlađenje ili uključiti vodeno hlađenje ili kanale za hlađenje uljem, čineći motore bez okvira prikladnima za kontinuirani rad s visokim momentom.

Prikladno za posebna okruženja i prilagođene izvozne aplikacije

Komponente motora mogu se posebno zaštititi za zahtjevna radna okruženja, uključujući primjene vakuuma, visokih i niskih temperatura i visoke vlažnosti.

To ih čini prikladnima za medicinsku opremu, zrakoplovne sustave, poluvodičku opremu i druge primjene koje zahtijevaju međunarodne certifikate za izvozna tržišta.

Inherentna ograničenja motora bez okvira

Viši inženjerski zahtjevi na razini sustava

Motor bez okvira nije plug-and-play rješenje. Tim za inženjere opreme mora se baviti projektiranjem mehaničke strukture, izborom ležaja, koncentričnošću statora i rotora, integracijom enkodera i toplinskim upravljanjem.

Razvojno opterećenje stoga je znatno veće od onog kod konvencionalnog servo motora, što motore bez okvira čini manje prikladnima za male projekte ili brzu izradu prototipova.

Upravljanje toplinom postaje odgovornost dizajna opreme

Motor bez okvira nema vlastitu integriranu rashladnu strukturu.

Ako oprema ne osigurava dovoljno rasipanje topline, kontinuirani rad može lako rezultirati alarmima pregrijavanja ili demagnetizacijom trajnog magneta.

Ovo je jedna od najčešćih točaka kvara u inozemnim projektima opreme.

Strogi zahtjevi za sastavljanje

Zračni raspor između statora i rotora je vrlo mali. Neusklađenost ili ekscentrični sklop može uzrokovati abnormalnu struju, prekomjerne vibracije i trljanje ili oštećenje trajnog magneta.

Stoga se postavljaju strogi zahtjevi na procese tvorničke montaže, učvršćenja i alate.

Ukupni trošak ne smije biti niži za male serije projekata

Sam komplet motora može ponuditi prednost u cijeni. Međutim, nakon što se uključe mehanički razvoj, alati, enkoderi, ležajevi i druge komponente, ukupni trošak projekta male serije zapravo može biti veći od kupnje kompletnog servo motora.

Troškovne prednosti motora bez okvira općenito su očiglednije u OEM proizvodnji velike količine.

Kada biste trebali odabrati konvencionalni zatvoreni servo motor?

Za standardne automatizirane linije, konvencionalne alatne strojeve, transportne sustave, projekte s ograničenim inženjerskim resursima, zahtjeve za brzom implementacijom ili prototipove malih serija, kompletan servo motor općenito je bolji izbor.

Smanjuje složenost razvoja i ukupni rizik projekta.

Glavne industrije primjene za motore bez okvira

Robotika — najveće tržište aplikacija

Kolaborativni roboti, zglobovi humanoidnih robota, četveronožni roboti i roboti egzoskeleti glavna su područja primjene.

Šuplji motori bez okvira postali su glavno rješenje za robotske spojeve jer mogu isporučiti veliki okretni moment unutar ograničenog prostora za ugradnju, a istodobno pružaju prikladno unutarnje usmjeravanje kabela.

Globalna OEM potražnja nastavlja rasti.

Precizna medicinska oprema

Primjene uključuju kirurške robote, opremu za rehabilitaciju i medicinske rotacijske stolove.

Medicinska oprema postavlja stroge zahtjeve u pogledu veličine, težine, čistoće i sigurnosti.

Motori bez okvira mogu se integrirati izravno u opremu, minimizirajući izložene komponente prijenosa i pomažući u ispunjavanju zahtjeva certifikacije inozemne medicinske opreme.

Poluvodič i precizna automatizacija

Primjene uključuju rotacijske stupnjeve za pločice i rotacijske mehanizme za preciznu inspekciju.

Ovi sustavi daju prednost nultom zazoru i visokoj krutosti. Izravno pokretanje tereta smanjuje pogreške koje unose konvencionalni prijenosni sustavi.

Zrakoplovna i oprema za posebne namjene

Primjene uključuju zračne aktuatore i elektrooptičke ili senzorske kardane.

Ove primjene zahtijevaju strogu kontrolu težine i pouzdan rad pod zahtjevnim uvjetima visokih i niskih temperatura.

Vrhunski alatni strojevi i rotacijski stolovi s izravnim pogonom

Motori bez okvira mogu se integrirati izravno u rotacijske stolove kako bi se osigurala rotacija s izravnim pogonom.

Ovo eliminira tradicionalne mehanizme prijenosa puža i kotača dok poboljšava brzinu rotacije i točnost pozicioniranja.

Primjene koje se ne preporučuju:
Za konvencionalne proizvodne linije, standardnu ​​opremu za graviranje i jednostavne prijenosne mehanizme, korištenje motora bez okvira može samo povećati složenost razvoja bez pružanja značajnih prednosti performansi.

Pet ključnih točaka za odabir i integraciju motora bez okvira

Razlikujte kontinuirani moment od vršnog momenta

Odabir motora mora se temeljiti na stvarnim uvjetima rada opreme.

Inženjeri trebaju razlikovati između kontinuiranog RMS momenta i kratkoročnog vršnog momenta.

Mnogi kupci odabiru motore samo na temelju najvećeg zakretnog momenta, zanemarujući stalne zahtjeve za zakretnim momentom tijekom dugotrajnog rada. To može uzrokovati pregrijavanje i kvar motora.

Za opremu koja se izvozi na različita inozemna tržišta i radna okruženja uvijek treba rezervirati dovoljnu sigurnosnu marginu zakretnog momenta.

Mehanička struktura i kontrola koncentričnosti

Stator mora biti čvrsto pričvršćen na okvir stroja, dok rotor mora biti čvrsto povezan s glavnom osovinom.

Zračni raspor stator-rotor mora se strogo održavati.

Neodgovarajuća koncentričnost može rezultirati vibracijama, bukom i trošenjem trajnog magneta.

Za opremu namijenjenu izvozu također treba uzeti u obzir vibracije tijekom prijevoza prekooceanskim teretom i treba implementirati odgovarajuće strukturne dizajne protiv labavljenja.

Upravljanje toplinom je kritično

Motori bez okvira ne dolaze s integriranim sustavom hlađenja.

Pod kontinuiranim uvjetima velikog opterećenja, disipacija topline obično se oslanja na aluminijsko kućište ili druge strukture stroja. Hlađenje vodom može biti potrebno kada je potrebno.

Čest problem među prekomorskim kupcima je izravno napajanje motora pri punom opterećenju bez projektiranja odgovarajućeg toplinskog puta. Motor se može pregrijati u kratkom vremenskom razdoblju.

Za opremu koja se izvozi u tropska i visokotemperaturna tržišta treba razmotriti dodatnu toplinsku maržu.

Uskladite povratni koder sa servo pogonom

Sam motor bez okvira obično ne uključuje enkoder.

Proizvođač opreme mora odabrati i integrirati koder prema primjeni.

Točnost kodera, komunikacijski protokol i dimenzije ugradnje moraju biti u potpunosti kompatibilni sa servo pogonom.

Pogon bi trebao podržavati rad momentnog motora/servo motora bez četkica . Standardni pogon opće namjene možda neće moći u potpunosti iskoristiti performanse motora bez okvira.

Procijenite inženjerske sposobnosti ciljnog kupca

Ako inozemni krajnji kupac nema dovoljno mehaničkih integracijskih mogućnosti, općenito se ne preporučuje isporuka motora bez okvira kao labavih komponenti.

Nepravilna montaža može lako dovesti do kvara opreme.

Za inozemne OEM kupce, HOLRY može osigurati standardizirane komplete motora bez okvira zajedno s potpunim uputama za sastavljanje i tehničkom dokumentacijom , pomažući u smanjenju rizika integracije za međunarodne kupce.

Uobičajeni nesporazumi o motorima bez okvira

Zabluda 1: Motor bez okvira je jednostavno konvencionalni servo motor bez kućišta

Motor bez okvira je u biti elektromagnetski sklop motora.

Ležajevi, upravljanje toplinom, sustavi povratne sprege i mehaničke potporne strukture moraju biti projektirane izvana.

Ne može jednostavno zamijeniti kompletan servo motor. Izravna zamjena bez redizajniranja mehaničkog sustava neizbježno će stvoriti probleme integracije.

Zabluda 2: Odabir motora trebao bi se temeljiti samo na vršnom momentu

Najveći zakretni moment dostupan je samo za kratkotrajni rad.

Za dugotrajni rad puno su važniji kontinuirani okretni moment i upravljanje toplinom.

Čak i motor visokih performansi može se pregrijati i pretrpjeti demagnetizaciju trajnog magneta ako sustav hlađenja nije odgovarajući.

Zabluda 3: Motori bez okvira uvijek smanjuju troškove za male serije prototipova

Za male serije projekata, razvoj, alati, enkoder, ležajevi i drugi prateći troškovi mogu značajno povećati ukupnu investiciju.

Pune troškovne prednosti motora bez okvira općenito se ostvaruju u OEM proizvodnji velike količine.

Zabluda 4: Koncentričnost ne mora biti strogo kontrolirana

Budući da je zračni raspor između statora i rotora izuzetno malen, neusklađenost sklopa može uzrokovati kontakt rotora i statora, oštećenje trajnog magneta, prekomjerne vibracije i abnormalnu buku.

Za inozemnu opremu troškovi održavanja i zamjene na licu mjesta mogu biti iznimno visoki.

Zabluda 5: Oprema za izvoz može koristiti isti dizajn bez obzira na okruženje

Oprema koja se isporučuje u regije s visokom temperaturom, visokom vlagom ili visokom razinom prašine zahtijeva dodatno razmatranje izolacije namota i zaštite od trajnog magneta.

Za niskotemperaturna tržišta, performanse trajnih magneta pri niskim temperaturama također se moraju ocijeniti.

Domaći dizajni prototipa ne bi se trebali jednostavno prenijeti na inozemna tržišta bez prilagodbe okolišu.

FAQ

P1: Mogu li koristiti motor bez okvira odmah nakon kupnje?

O: Ne.

Motor bez okvira isporučuje se kao komplet stator + rotor . Kompletan stroj mora imati kućište, ležajeve, glavno vratilo, enkoder i servo pogon.

Mehanička montaža i električno puštanje u rad moraju biti dovršeni prije nego što motor može pravilno raditi.

P2: Kakav je odnos između motora bez okvira i motora s izravnim pogonom?

O: Motor bez okvira jedan je oblik motora s izravnim pogonom.

Motori s izravnim pogonom dostupni su i kao kompletni motori s kućištima i kao kompleti motora bez okvira.

Verzija bez okvira zahtijeva integraciju u opremu kupca.

P3: Koje su vrste projekata prikladne za motore bez okvira?

O: Motori bez okvira posebno su prikladni za primjene koje:

• Imajte stroga prostorna ograničenja

• Zahtijevaju lagani dizajn

• Zahtijevajte nulti zazor i visoku točnost pozicioniranja

• Zahtijevaju OEM proizvodnju velike količine

• Imati inženjerske timove sposobne za mehaničku i servo integraciju

Za projekte s ograničenim resursima za istraživanje i razvoj ili male serije prototipova, kompletan servo motor općenito je bolja opcija.

P4: Mogu li se motori bez okvira izvoziti? Koje su potporne komponente potrebne?

O: Da.

HOLRY motori bez okvira podržavaju izvozne zahtjeve kao što je CE certifikat.

Za kupce u inozemstvu dobavljači bi trebali osigurati priručnike za montažu, krivulje zakretnog momenta, parametre temperaturne zaštite i tehničke smjernice za sustave hlađenja, enkodere i izbor ležajeva.

P5: Koji su najčešći uzroci kvara motora bez okvira?

O: Uobičajeni uzroci neuspjeha uključuju:

• Nedovoljno upravljanje toplinom rezultira pregrijavanjem i demagnetizacijom trajnog magneta

• Neusklađenost stator-rotor uzrokuje kontakt rotor-stator

• Enkoder i servo pogon nekompatibilni

• Nepravilan odabir ležaja

• Netočni izračuni opterećenja i nedovoljna granica zakretnog momenta

Zaključak

Motor bez okvira nije 'verzija konvencionalnog potpunog servo motora s višim učinkom'.

Umjesto toga, to je jezgreni sklop elektromagnetskog motora dizajniran za visoko integriranu i prilagođenu opremu.

Njegove ključne prednosti proizlaze iz njegove visoke razine integracije, ali to također stvara veće zahtjeve za strojarstvo i elektrotehniku ​​na razini sustava.

Odabir motora ne bi se trebao temeljiti isključivo na specifikacijama momenta i brzine navedenim u katalogu proizvoda.

Inženjeri bi trebali razmotriti kompletnu aplikaciju, uključujući:

• Dostupan prostor za ugradnju

• Zahtjevi za smanjenje tjelesne težine

• Obim proizvodnje

• R&D i inženjerske sposobnosti

• Ciljano izvozno tržište

• Radna temperatura i uvjeti okoline

• Zahtjevi upravljanja toplinom

• Kompatibilnost enkodera i servo pogona

Za pravu primjenu, motor bez okvira može pomoći u postizanju manje veličine opreme, veće preciznosti, manje težine i bolje integracije sustava.

Međutim, odabir motora bez okvira bez dovoljne inženjerske pripreme može rezultirati kašnjenjem u razvoju, većim stopama kvarova i značajno povećanim inozemnim postprodajnim troškovima.

HOLRY je specijaliziran za istraživanje i razvoj i proizvodnju motora bez okvira i servo motora.

S 15 godina praktičnog iskustva u inženjeringu kontrole kretanja i 10 godina iskustva u opsluživanju globalnih međunarodnih trgovačkih projekata , HOLRY nudi standardizirane komplete motora bez okvira dok također podržava prilagođene namotaje, dimenzije šupljih provrta i dodatne senzore.

Ova su rješenja dizajnirana da zadovolje zahtjeve robotike, medicinske opreme, precizne automatizacije i drugih vrhunskih OEM aplikacija.

Ako procjenjujete je li motor bez okvira prikladan za vaš projekt, kontaktirajte HOLRY tehnički tim i navedite uvjete opterećenja, raspoloživi prostor za ugradnju i ciljno tržište.

HOLRY može pružiti besplatnu procjenu odabira motora i tehničku podršku kako bi vam pomogao identificirati pravo rješenje motora bez okvira za vašu primjenu.