Témata
Reklama

Prstencové motory

Prstencové motory jsou servomotory poskytující velký krouticí moment v klidové poloze nebo při malých otáčkách. Vyrábí se jako "bezrámové" vestavné (frameless motors), tzn. že jsou umisťovány přímo do konstrukce stroje. Výrazně se tak snižuje potřebný zástavbový prostor, někdy až na jednu sedminu oproti použití klasického motoru.

Prstencové motory jsou konstruovány pro malé rychlosti a velké momenty. Vyrábí se ve všech konstrukčních typech (synchronní, stejnosměrné, krokové). Dále budou představeny pouze synchronní motory, někdy nazývané jako přímo buzené (hysteresis synchronous nebo také ac permanent-magnet synchronous motors). Pro označení prstencových motorů se v anglické literatuře používají termíny torque motors (momentové motory) nebo ring motors.
Reklama
Reklama
Reklama

Konstrukce prstencových motorů

Základní díly, stator a rotor, mají tvar prstenců a jsou určeny pro přímou zástavbu do stroje. Skládají se ze statorového vinutí upevněného na vnější konstrukci motoru a rotorového prstence, na jehož vnějším obvodě jsou připevněny permanentní magnety z materiálu NdFeB. Magnety jsou proti korozi chráněny vrstvou slitiny niklu nebo epoxidem. Principem činnosti jde o motory bezkartáčové (brushless) včetně řídicí i výkonové elektroniky. Statorové vinutí obsahuje velký počet pólpárů, motory dosahují velkých krouticích momentů a velké torzní tuhosti při regulaci polohy. Mají dobré dynamické charakteristiky a celkově nízkou hmotnost. Rovnoměrný chod těchto motorů se udává od jedné otáčky za několik dní (při natáčení astronomických antén) až po několik stovek otáček za minutu (při využití otočných stolů pro soustružení).
Vinutí je většinou opět třífázové ve hvězdě, výjimečně dvoufázové (firma Etel). Počet pólů dosahuje u velkoprůměrových motorů několik set. Představy zákazníků o použití dělicího otočného stolu s tímto motorem pro technologii soustružení jsou limitovány možnostmi řízení kmitočtu proudu. Například pro motor RM-3P-800x36 (průměr vzduchové mezery 800 mm, výška 36 mm, 60 pólpárů, 900 Nm) firmy präTEC je při otáčkách 360 min-1 potřebný kmitočet harmonických proudů 360 Hz.
Minimální krok polohy je omezen pouze krokem (inkrementem - nejmenší hodnotou rozlišení) odměřovacího zařízení. Přesnost polohování je závislá na řídicím a regulačním systému. Motor je chlazen vzduchem nebo vodou. Chlazení vodou je mnohem účinnější než vzduchem a umožňuje velké momentové přetížení.
Mezi hlavní výhody patří:
  • vysoké úhlové zrychlení;
  • velká tuhost při polohovém řízení;
  • oproti klasickým pohonům nejsou nutné redukční převody pro snížení otáček pohonu;
  • bezvůlové spojení se strojem;
  • malé hmotnosti a setrvačné momenty;
  • přesné polohování;
  • vysoký výkon při 5x až 7x menším zastavěném prostoru;
  • možnost velmi nízkých otáček (1 otáčka za týden).
  • Nevýhodou těchto motorů je vyšší pořizovací cena oproti klasickým pohonům a nutnost chlazení motoru, je-li vyšší požadavek na dosahovaný moment.

    Aplikace motorů

    Tento typ motoru prochází v současné době vývojovou konjunkturou s určitým zpožděním za motorem lineárním, i když oba typy byly komerčně představeny již v r. 1993 (firma Indramat). Od prvních aplikací ve vojenství, astronomii a v přesných stolech pro optiku se rozšiřuje i do segmentu obráběcích strojů. Nejčastěji se tyto motory používají u pohonů otočných stolů, kde nahrazují původní pohony se šnekovými převody. Eliminují se tak chyby vlivem vůle v soukolí a zlepšuje se účinnost.
    Italská firma Tecma nabízí otočné stoly s přímým pohonem. Použitím přímého pohonu je dosaženo výrazného zjednodušení konstrukce.
    Dalším příkladem může být výrobce obráběcích strojů Deckel Maho Gildemeister, který vybavuje svůj univerzální frézovací stroj DMC80/125 FD přímým pohonem otočného stolu. Tím je umožněno frézování a soustružení při jednom upnutí. Je použit motor od firmy Etel s max. momentem 3200 Nm se zvýšenými otáčkami do 500 min-1. Jde o první aplikaci tohoto motoru ve stavbě frézovacího obráběcího centra s možnostmi soustružení jako na karuselu.
    V současné době se motory používají i v naklápěcích nástrojových hlavách s elektrovřeteny tak, jak se rozšiřuje technologie čtyř a pětiosého obrábění. Příkladem může být pohon dvousouřadnicové naklápěcí hlavy firmy CyTec, kde se využívají vždy dva paralelně pracující prstencové motory.
    Motory ve vodorovné i svislé ose mají magnety na vnějším prstenci a vinutí uvnitř. Obdobnou konstrukci naklápěcí hlavy, ale s pohony od firmy Etel, používá též francouzská firma Forest-Liné.
    Prstencové motory jsou používány pro přesné aplikace, např. u brusek na ozubení italské firmy Samputensili. Rovněž naši výrobci obráběcích strojů chtějí tyto motory aplikovat. Zatím první aplikací v ČR je pohon otočného brousicího vřeteníku u brusky na kulato firmy Cetos, a. s.

    Výrobci motorů

    Použití těchto motorů ve strojírenské výrobě je stále rozšířenější, jak bylo patrno i na strojírenském veletrhu EMO 2001 v Hannoveru. Výrobci reagují na požadavky trhu i přání konstruktérů strojů a poskytují tyto motory v bohaté rozměrové i momentové řadě.
    Jedna z nejvýznamnějších firem zabývající se výrobou prstencových motorů je švýcarská firma Etel. Motory dodává se svými měniči, nebo je možné použít měniče jiných firem. Jsou nabízeny v devíti základních průměrových řadách. V dané řadě je možné volit z několika výšek motoru podle požadovaného krouticího momentu.
    Americká firma Kollmorgen, která se zabývá převážně výrobou stejnosměrných motorů, má ve svém programu prstencové motory BM(S) s možností dvou způsobů regulace proudů - trapézovým a sinusovým. V prvním případě jde o starší princip elektronicky komutovaných motorů, ve druhém případě se jedná o řízení klasických synchronních motorů.
    Vyšší kvalitu do využití těchto motorů přináší nová modulární technologie výroby statoru firem präTEC a Eberle. Místo tradičního svazku plechů s drážkami pro vinutí je stator sestaven ze samostatně navinutých pólových modulů, jejichž skládání lze částečně přizpůsobit již navržené konstrukci stolu. Stavebnice umožňuje složení motoru až do průměru 2,5 m. Pólové moduly lze skládat i tak, že vznikne axiální prstencový motor s velmi plochou zástavbou. Tento způsob sestavování motorů "na míru" představuje zatím nejvyšší stupeň integrace elektrických a mechanických dílů, adaptivity a spolupráce pohonářů s konstruktéry strojů.
    Výrobcům těchto motorů vycházejí vstříc výrobci prstencových ložisek s integrovaným odměřováním (např. INA - třířadá ložiska YRTM s magnetickou stopou a snímací hlavou MEKO). Konstrukce otočného stolu je tak velmi kompaktní. Například výrobce otočných stolů firma LAT Suhl AG si vyrábí i vlastní motory. V nejbližší době připravují výrobu těchto motorů také firmy Siemens, Rexroth, MOOG.
    Princip prstencových motorů je odvozen od principu motorů lineárních, které již mají své místo ve všech oblastech strojírenství. Totéž se v budoucnosti dá předpokládat i u motorů prstencových.
    Tyto poznatky byly získány za finančního přispění Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci podpory projektu výzkumu a vývoje LN00B128.
    Reklama
    Vydání #12
    Kód článku: 11216
    Datum: 12. 12. 2001
    Rubrika: Trendy / Obrábění
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Zprovoznění motorových vřeten systémem Plug and Play

    Společnost Siemens AG spolu se svým dceřiným podnikem Weiss Spindeltechnologie GmbH ze Schweinfurtu vyvinula elektronický modul pro vřetena s označením SMI 24, který ve spojení se systémem Sinumerik CNC výrazně ulehčuje zprovoznění vřetena obráběcího stroje. Uživatel si navíc může nechat zobrazit, pokud je vřeteno příslušně vybaveno, různá statistická vyhodnocení, jako např. teplotní průběhy, dobu běhu, otáčky a profily krouticích momentů.

    Modulární vřetenové jednotky s převodovkou

    Novou variabilní řadu vřeten MGS představila firma Weiss Spindeltechnologie, dceřiná společnost koncernu Siemens AG, výrobcům obráběcích center požadujícím velké krouticí momenty. Tímto počinem konstruktéři strojů získávají pro své projekty řešení pomocí modulárních vřeten různých krouticích momentů.

    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.

    Související články
    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.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Kompaktní pohony s dutou hřídelí

    Kompaktní, robustní, cenově výhodné… Jsou-li stanoveny požadavky na stroje, musí zareagovat i poskytovatelé řídicí a pohonné techniky. Jejich inovace jsou důležité pro vývoj konstrukcí strojů.

    Ready made lineární osy s ozubeným řemenem

    Pomocí lineární osy je realizován pohyb v přímém směru a jedná se tak o výborný výchozí konstrukční prvek pro stavbu strojů, automatizačních linek a polohovacích zařízení s potřebou přesného lineárního pohybu ve více osách (typicky například CNC stroje). V posledních letech došlo navíc k výraznému snížení cen a lineární osy se tak stávají dostupné i pro dosud zapovězené oblasti. V neposlední řadě je podstatnou výhodou u tzv. ready made produktů dodávka již smontovaného dílu připraveného k okamžitému použití v zákaznické aplikaci.

    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.

    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.

    Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 5.

    V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových (polohovacích) šroubů.

    Kuličkové šrouby a matice ve stavbě CNC obráběcích strojů, část 1.

    V současné době se jako jedna z několika možných alternativ využívá ve stavbě obráběcích center pro realizaci přímočarých posuvů elektromechanická posuvová soustava tvořená servomotorem s kuličkovým šroubem a maticí. Princip kuličkového šroubu a matice je znám více než sto let. V tomto seriálu vás krok za krokem provedeme zajímavým světem tohoto typu pohybových šroubů.

    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.

    Lesk a bída českých obráběcích strojů

    Česká republika, resp. tehdejší Československo, mělo bohatou historii ve výrobě obráběcích strojů. Kde v období největší slávy byli ve svých inovačních počinech současní světoví lídři, když např. kovosviťácký konstruktér Ladislav Borkovec se již v roce 1977 začal zaobírat myšlenkou multifunkčního soustružnicko-frézovacího stroje? Přes dřevěný kinematický model, který si vytvořil doma v dílně, vedla dlouhá cesta až k prototypu prezentovanému  na EMO v Paříži v roce 1980. Po vyrobení 45 strojů řady MCSY, které nenazval nikdo jinak než „Boháro“, byla z ekonomických důvodů a nedostupnosti kvalitní řídicí elektroniky bohužel výroba v tehdejším Kovosvitu ukončena. Dva bývalé kovosviťáky, srdcem i duší, Jiřího Mindla a Vladislava Čítka, jsem díky jejich letitým zkušenostem celoživotního zasvěcení oboru obráběcích strojů požádal o rozpravu nad současným stavem tuzemského oboru výrobních strojů a nad tím, jaké jsou jeho případné perspektivy.

    Od konstrukce strojů po parkovací věže

    Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

    Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

    Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

    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