Щеточные двигатели постоянного тока, конструкция стала более совершенная
Готовые" двигатели постоянного тока со щеточной коммутацией, как правило, служат "отправной точкой", поскольку практически каждое применение двигателя соответствует определенным конструктивным и эксплуатационным критериям.
Производители двигателей обычно учитывают эти критерии, настраивая продукты с компонентами в соответствии с требованиями. Таким образом, конечный пользователь получает двигатель, предназначенный для работы в соответствии с требованиями, и в процессе другие, в конечном счете, могут извлечь выгоду, если и когда изготовленный на заказ компонент станет "стандартным". Фактически, многие инновации в технологии двигателей возникли как конкретные решения конкретных задач заказчика.
Инновации в дальнейшем были обусловлены общими потребностями рынка. Например, производители двигателей были вынуждены предлагать больше мощности в небольших упаковках в гонке, чтобы идти в ногу с миниатюризацией; в конструкции двигателей были включены новые компоненты новыми способами, чтобы помочь продлить срок службы двигателя; и были использованы новые или улучшенные материалы с целью повышения качества и производительности двигателя.
Все двигатели постоянного тока с постоянными магнитами, конечно, работают аналогично, преобразуя электрическую энергию в механическую энергию за счет взаимодействия двух магнитных полей. Одно поле создается сборкой постоянных магнитов; другое поле создается электрическим током, протекающим в обмотках двигателя. Взаимосвязь между этими двумя полями приводит к крутящему моменту, который стремится вращать ротор. При вращении ротора ток в обмотках коммутируется или переключается для получения непрерывного выходного крутящего момента.
Однако, помимо этих основ, сегодняшние (и завтрашние) двигатели постоянного тока с щеточной коммутацией продолжают развиваться в самых передовых направлениях.
Увеличение срока службы двигателя
Поскольку основной причиной сбоев в двигателях постоянного тока с коммутацией щеток с течением времени является постоянный износ щеток, вызванный интерфейсом между щеткой и коллектором, производители стремились замедлить процесс износа, ориентируясь на узлы щеток, размер щеток и материалы щеток.
Традиционный способ установки щеток в сборках двигателей постоянного тока заключается в том, чтобы припаять щетки к стандартным консольным пружинам, чтобы обеспечить необходимый постоянный контакт с коллектором. Однако традиционная конструкция пружины имеет свои недостатки, поскольку уровни силы со временем уменьшаются, что часто приводит к преждевременному отказу двигателя.
Эту проблему можно решить, разместив щетки внутри специально разработанного картриджа и используя пружины кручения, чтобы обеспечить требуемую равномерную силу в течение всего срока службы двигателя.
Узел щеток картриджа помещается в основание двигателя и состоит из двух частей, скрепленных между собой высокотемпературным пластиком, в котором каждая из двух щеток надежно закреплена в своем специально сконструированном пазу.
Такая конструкция картриджа ограничивает перемещение щеток по дорожке в желаемом линейном движении. Кроме того, конструкция может обеспечить идеальную область давления для щеток, чтобы они выдерживали вредное воздействие механического износа.
Внедрение "Супер щетки" (в отдельных двигателях постоянного тока с коммутацией щеток Питтмана) проложило путь к потенциально более длительному сроку службы щетки. "Супер щетки" содержат на 60% больше материала для щеток и обеспечивают соответствующий потенциал для более длительного срока службы по сравнению с меньшими (и быстрее изнашиваемыми) обычными щетками.
Все большее разнообразие альтернативных материалов для щеток может быть указано в качестве еще одного средства, помогающего продлить срок службы эффективной щетки. Электрографит-один из многих относительно новых (и прочных) щеточных материалов, предлагаемых производителями в настоящее время в дополнение к стандартным медно-графитовым щеткам для устранения проблем, связанных с износом щеток. Комбинации материалов могут быть разработаны для обеспечения оптимального срока службы и электрических характеристик. Выбор правильного материала щетки для каждого конкретного применения может оптимизировать общий срок службы двигателя.
По мере того, как конечные продукты становятся меньше, уменьшаются и "конверты" для двигателей. Ирония заключается в том, что, хотя небольшие щеточные двигатели постоянного тока обеспечивают минимальное пространство для размещения компонентов, спрос на выходную мощность, связанную с более крупными двигателями, неослабевает.
В качестве реального примера, иллюстрирующего один из способов реализации мощности от двигателей малого диаметра, наше семейство двигателей постоянного тока с щеткой 22 мм было дополнено увеличенной длиной двигателя (1,900 дюйма). Этот новый удлиненный двигатель предназначен для обеспечения до 40% большего непрерывного крутящего момента (до 2 унций) и обеспечивает большую мощность по сравнению с более короткими моделями диаметром 22 мм.
Другими преимуществами дополнительной длины двигателя являются возможность отводить больше тепла с большей скоростью, чем это возможно при использовании более коротких двигателей (что, в свою очередь, снижает вероятность нежелательного накопления тепла), а также наличие расширенного пространства для размещения компонентов.
Задача для проектировщиков двигателей, работающих с небольшими линиями двигателей, заключается в том, как (и где) интегрировать вкладки и провода, конденсаторы для подавления RFI, щеточные узлы и другие компоненты, как стандартные, так и изготовленные на заказ. Внутренние платы ПК для поверхностного монтажа внутренних компонентов стали жизнеспособным и практичным решением.
Эти платы служат платформой для включения различных необходимых компонентов, не влияя на размер и вес двигателя. Их можно сконструировать в круглой форме для удобного монтажа внутри рамы двигателя или сконфигурировать для установки в корпусе кодера. В любом случае, платы могут максимально увеличить доступное пространство и обеспечить надежные и безопасные средства для размещения различных компонентов двигателя, имеющих решающее значение для производительности.
Достижения в области материалов также позволили разработчикам поддерживать высокий уровень производительности двигателей во все более компактных двигателях. Примером может служить наш ожидающий разработки неодимовый магнит с более тонкой связью, предназначенный для внедрения в этом году в отдельных сериях двигателей постоянного тока с щеточной коммутацией, которые могут обеспечить как конструктивные, так и эксплуатационные преимущества.
Двухполюсные статоры с постоянными магнитами в двигателях постоянного тока с щеточной коммутацией обычно изготавливаются из керамических магнитов (которые заключены в стальные возвратные кольца большого диаметра). Новый неодимовый магнит с более тонкой связью более мощный, но занимает меньше места, чем обычные керамические магниты.
Это положительно сказывается на разработке специально адаптированной арматуры. Наличие меньших, более тонких магнитных материалов позволяет изготавливать якоря с большим двигателем в меньшие моторные рамы. Это может наделить небольшой двигатель способностью генерировать более непрерывный крутящий момент и, следовательно, большую мощность.
Конечные пользователи имеют в своем распоряжении больше вариантов щеточных двигателей постоянного тока, чем когда-либо прежде, несмотря на то, что более строгие технические характеристики влияют на размер и производительность двигателя.
Один из способов ориентироваться во всех вариантах и оценивать все варианты, одновременно помогая гарантировать, что продукт работает так, как указано,-это партнерство с квалифицированным производителем двигателей с самого начала этапа проектирования конечного продукта. Это может свести к минимуму (и даже устранить) дорогостоящие ошибки с самого начала и даже улучшить дизайн и производительность конечного продукта.
Такое раннее вовлечение может дополнительно открыть окно (и обеспечить ранний доступ) к последним инновациям в технологии двигателей постоянного тока с щеточной коммутацией.