Щеточные двигатели постоянного тока, конструкция стала более совершенная

01 сентября 2021

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.

Вопрос размера и производительности
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.
Вернуться к новостям