Témata
Reklama

Elektrické regulační pohony

V posledním desetiletí se elektrické pohony staly téměř univerzálním prostředkem pro regulaci točivého momentu, síly, zrychlení, rychlosti a polohy a rozšířily se do všech myslitelných oborů. Seriál tří článků, jehož druhou část čtete, si klade za cíl podat přehled vývoje a současného stavu v oboru elektrických regulačních pohonů.

Magnetické materiály byly vždy těsně spjaty s vývojem pohonů a jejich vlastnosti výrazně ovlivnily dnešní podobu regulačních pohonů. V letech 1965 až 1980 byly používány převážně feritové a AlNiCo magnety. Po roce 1980 se začaly ve větším měřítku používat magnety na bázi vzácných zemin (typ SaCo - samarium, kobalt) a zhruba od roku 1990 typ NdFeB (neodym, železo, bor - dnes již asi pátá generace tohoto materiálu). Diagram ilustruje, jak zvyšování kvality magnetů - tzn. energetického součinu BHMAX - zmenšovalo rozměry motorů. Pro jednoduchost byl pro porovnání zvolen jeden parametr - hmotnost motoru vztažená na krouticí moment - m/MK [kg.Nm-1]. Porovnávány byly motory střední velikosti o krouticím momentu kolem 20 Nm. Z obrázku vyplývá, že bezkartáčové motory s trvalým momentem 20 Nm s magnety AlNiCo nebo s ferity měly kolem roku 1990 hmotnost asi 40 kg. Stejnosměrné motory byly ještě hmotnější - kolem 60 kg. Dnešní moderní motory s magnety SaCo nebo NdFeB mají hmotnost poloviční, resp. třetinovou. Podobně jsou kvalitou magnetů ovlivněny rozměry a moment setrvačnosti motorů.
Přímé pohony, které se dnes rychle prosazují do řady aplikací, by nebylo možné realizovat (v rozumné velikosti) bez posledních typů magnetů typu NdFeB. Do této kategorie patří pohony s lineárními a prstencovými motory a také přímé pohony vřeten s průvlekovými motory. Přímé pohony působí bezprostředně bez převodů na řízenou část stroje, a to přináší značné výhody v lepších vlastnostech servopohonu (přesnost, dynamika, rovnoměrnost pohybu, dosažitelná rychlost a zrychlení). Hlavní nevýhodou přímých pohonů je vývin velkého množství tepla, které je třeba odvést výkonným chladicím systémem mimo obráběcí stroj. Cena přímých pohonů je vysoká - zhruba dvoj- až trojnásobek ceny odpovídajícího "klasického" rotačního pohonu. Pokud ale do ceny klasického pohonu započteme také cenu mechaniky, kterou pro přímý pohon nepoužijeme (např. u lineárních souřadnic posuvový šroub s uložením, spojkou a případně s převodem), poměr cen už zdaleka není tak nepříznivý.
Průvlekové (bezhřídelové) motory jsou součástí nejstarších přímých pohonů, používaných hlavně pro pohony vřeten. Používají se zhruba od roku 1985 pro stroje, u nichž je vyžadováno přesné polohování vřetene (osa C) s přírůstky typicky 0,001 úhlového stupně. Takovou přesnost pohony tohoto typu zvládají zcela bezkonkurenčně právě pro absenci veškerých převodů a spojek. Stator a rotor motoru jsou dodávány odděleně - např. stator s vinutím uživatel zabuduje do vřeteníku, rotor s permanentními magnety je upevněn na vřeteno. Funkčně je průvlekový motor totožný se synchronním nebo asynchronním motorem. Nyní jsou často i pro větší výkony používány synchronní motory, které vyvíjejí méně tepla než asynchronní motory. Stejný typ motoru používají tzv. elektrovřetena, určená pro velmi vysoké rychlosti (20 000 až 70 000 ot.min-1). V poslední době jsou průvlekové motory využívány také pro pohon matice u inverzně uspořádané mechaniky posuvu (rotující matice, pevný kuličkový šroub).
Lineární motory si lze představit jako "rozvinuté" synchronní motory. Jejich uspořádání je naznačeno na obrázku. Primární (většinou pohyblivá) část nese třífázové vinutí, které je v závislosti na poloze vůči sekundární části (magnety) napájeno tak, aby motor vyvíjel maximální sílu (analogicky jako je u rotačních pohonů udržován devadesátistupňový úhel mezi magnetickým tokem rotoru a statoru). Vinutí primární části je velkým zdrojem tepla, a proto musí být vydatně chlazeno. Dvouokruhové chlazení, které primární část tepelně oddělí od stroje, je naznačeno na obrázku. Hrubý chladič odvede asi 80 až 95 % tepla a zbytek je odváděn přesným chladičem. Protože voda vychlazená na žádanou teplotu prochází ve velkém množství nejprve přesným chladičem, má dosedací plocha motoru, kterou je připevněn ke stroji, prakticky konstantní (nízkou) teplotu a stroj je minimálně tepelně ovlivňován. Sekundární část tvoří lišta, na které jsou přilepeny permanentní magnety a také je chlazena. Mimo chlazení naznačené na obrázku má motor řadu stínicích plechů, které omezují sálání tepla do okolí.
Vzájemná poloha obou částí lineárního motoru je zajištěna zpravidla valivým vedením řízeného suportu. Při dimenzování vedení je třeba pamatovat na to, že mezi primární a sekundární částí působí přitažlivá síla, jejíž velikost je zhruba pětinásobkem posuvové síly (na motor s trvalou posuvovou silou 5000 N působí přitažlivá síla asi 25 000 N). Přitažlivá síla mezi primární a sekundární částí nevzniká u motorů bez aktivního železa. Tyto motory však disponují výrazně nižšími posuvovými silami. Do pracovního prostoru motoru nesmí proniknout kovové částice (třísky, prach), které by se shromažďovaly na magnetech a časem by motor poškodily. Proto se často používají dvojité kryty - vnitřní skládané ("harmonika") a vnější posuvné plechové kryty.
Běžně dosahovaná rychlost činí 120 m.min-1. Dosažitelné zrychlení je dáno poměrem maximální posuvové síly k ovládané hmotě - samotný motor bez další hmoty by dosáhl zhruba 160 m.s-2. Citlivost pohonu je nižší než 1(m, dobrá je i rovnoměrnost malých rychlostí. V porovnání s pohonem s rotačním motorem a kuličkovým šroubem je poněkud horší dynamická tuhost. Lineární pohony se v posledních pěti letech stávají běžným vybavením NC obráběcích strojů pro vysokorychlostní obrábění a do roku 2004 se očekává další rychlý růst - zdvojnásobení počtu aplikací.
Prstencové motory jsou nejnovějším elementem regulačních pohonů a ve větší míře se používají teprve poslední dva roky. Jedná se vlastně o průvlekový motor. Pohony s prstencovými motory jsou velmi vhodné pro otočné stoly, ramena robotů a podobné aplikace. Motory jsou dodávány s točivými momenty od 1 do 16 000 Nm s vnějším průměrem od 120 do 1260 mm. Maximální otáčky jsou od 50 ot.min-1pro největší motory po 600 ot.min-1 pro nejmenší motory. Stejně jako výše zmíněné přímé pohony jsou i pohony s prstencovými motory vynikajícím - i když nákladným - prostředkem pro přesné řízení polohy.
Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Vydání #4
Kód článku: 20427
Datum: 17. 04. 2002
Rubrika: Trendy / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

V minulém vydání jsme uvedli 1. díl pohledu do minulosti i současnosti řemeslné výroby obráběcích strojů. Nyní vám přinášíme pokračování tohoto článku o unikátní metodě – technologii zaškrabávání.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Optimalizace péče o ložiska zabraňuje odstávkám výroby

Ložiska jsou vysoce namáhanými součástmi pohonů, které v průběhu času podléhají opotřebení. S ohledem na to je zvláště důležité zahrnout je do plánů údržby, protože tato strategie pomáhá prodloužit životnost strojů nebo zařízení.

Související články
Velmi rychlá dvojčata

SolidCAM a InventorCAM jsou jeden a tentýž CAM program integrovaný v různých CADech (SolidWorks a Autodesk Inventor), proto má smysl mluvit o obou najednou. Neliší se funkčně totiž opravdu vůbec, pouze je uživatel ovládá ve svém oblíbeném CADu.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Konstruování obráběcích strojů s ohledem na úsporu energie

Při návrhu obráběcích strojů je cílem všech zúčastněných konstruktérů dosáhnout maximální tuhosti a přesnosti stroje, technologické rychlosti obrábění a co nejvyšší provozní spolehlivosti. To jsou vlastnosti, kvůli nimž si zákazník stroj kupuje, ať je z kterékoliv části světa. Většinu zákazníků pak následně zajímá energetická náročnost stroje. Zákazníci ve vyspělé části světa, jako jsou především evropská a severoamerická teritoria, pak určitě sledují i maximální bezpečnost stroje a ochranu životního prostředí při jeho provozu.

Od vzdělávání přes úspory až po virtuální realitu

Společnost Siemens se zúčastnila všech dosud konaných ročníků Mezinárodního strojírenského veletrhu v Brně a tradice pokračuje i v letošním roce, kdy hlavním tématem expozice je časová a energetická efektivita v rámci celého životního cyklu stroje - od jeho návrhu až k výrobě. Že je ochrana životního prostředí pro Siemens téma číslo jedna, podpoří i divácky atraktivní část expozice, ve které se představí nový model elektromobilu BMW i3, který je od jara letošního roku součástí vozového parku společnosti Siemens.

Pomocník pro plánování výroby

Většina lidí dnes ví, že žádná firma, která chce být konkurenceschopná, neobejde bez kvalitního ERP. Díky němu lze především řídit procesy, a to doslova všechny. Ne každý si však uvědomuje, jak velké mohou být rozdíly mezi systémy pro jednotlivé oblasti podnikání. Asi nejsofistikovanější ERP najdeme bezesporu ve výrobních firmách.

Soutěž pro středoškoláky

Jubilejní, již pátý ročník soutěže o Putovní pohár partnerských škol Siemens - Sinumerik Cup se letos konal v Mohelnici, v prostorech zdejší Střední školy technické a zemědělské a stejně jako před třemi lety, kdy tato škola byla hostitelem, i letos zdejší ředitel Jiří Ženožička se svým týmem organizaci pojal velmi profesionálně.

Upínače jsou stejně důležité jako stroj nebo nástroj

Výrobní zařízení pro třískové obrábění s nástupem CNC řízení a víceosých technologií významně změnily požadavky na složitost obrobků, řezné nástroje a v konečném důsledku také na automatizaci a robotizaci. Čemu se však často nevěnuje tolik pozornosti, jsou upínací technologie i přesto, že mohou mít zásadní vliv na výslednou kvalitu obráběného dílu, ale i na náklady.

Opřít se o silného partnera

V dnešní době hospodářského růstu mnoho firem přemýšlí o rozšíření výroby. To se však neobejde bez úvah o tom, kde získat prostředky na nové stroje a zařízení. Řešení má jméno SGEF.

Chytré stroje přivádějí továrny k životu

Bezpečné balicí stroje připojené k Ethernetu zvyšují produktivitu, zlepšují flexibilitu, snižují komplexnost konstrukce a řeší problémy pracovníků v provozu.

Integrovaný obvod o tloušťce jedné molekuly

Lidstvo již zvládlo přeměňovat světlo na elektřinu a vytvořit akumulátory, v nichž nedochází k chemickým reakcím. Problémem však je, že tyto přístroje mají velmi nízkou účinnost. Nejlepších parametrů by se dosáhlo při použití polovodičů o tloušťce jediné molekuly. A ty se nyní naučili vyrábět vědci z ruského institutu MISiS, který je partnerem ruské korporace pro atomovou energii Rosatom.

Novinky ze světa 3D tisku

V uplynulém měsíci se v české kotlině seběhlo několik akcí, jejichž společným jmenovatelem byl průmyslový 3D tisk. Představeny byly nové produkční 3D tiskárny, profesionální tiskové materiály a zapomenout nesmíme ani na největší z těchto akcí, výstavu a konferenci 3dexpo.

Nanovlákenná membrána v oknech ochrání stroje i pracovníky

Zatímco o smogu v ulicích se vedou časté debaty, znečištěný vzduch v interiéru patří k opomíjeným tématům. A to i přesto, že podle Světové zdravotnické organizace stojí život 4,3 milionu lidí ročně a v průmyslových objektech ohrožuje jak zdraví pracovníků, tak samotný provoz. Díky rozvoji moderních technologií nyní interiér účinně ochrání nanovlákenná okenní membrána.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit