כיצד פועלים מנועי הנעה ישירה

מנועי הנעה ישירה עובדים באותו אופן כמו רוב מנועי ה-DC ללא מברשות. מגנטים מחוברים לרוטור של המנוע ופיתולים מסודרים על הסטטור של המנוע. כאשר הפיתולים מופעלים, הם מייצרים שדות אלקטרומגנטיים אשר מושכים או דוחים את המגנטים של הרוטור. מיתוג או העברת הספק מתאימים לפיתולים מייצרים תנועה מבוקרת. ישנם מנועי הנעה ישירה ליניארית וסיבובית אך גרסאות סיבוביות הן ללא ספק הנפוצות ביותר.

Direct drive motors with diameters of >1m are possible, able to produce a torque of >10,000Nm. מנועי הנעה ישירה רבים הם 'חסרי מסגרת', כלומר הם מסופקים ללא בית, מיסבים או חיישן משוב. זה מאפשר לבוני מכונות ומשלבי מערכות לייעל את עיצוב הדיור, הציר והמיסב שלהם כדי לייעל את הגודל, הצורה, המשקל והביצועים הדינמיים הכוללים.

שתי הסיבות העיקריות למהנדס עיצוב לבחור בהנעה ישירה הן ביצועים דינמיים וגורם צורה. במקום להתמודד עם צימוד, תיבת הילוכים, חגורות או שרשראות, מנוע הנעה ישירה מתחבר ישירות לעומס כך שאין היסטרזיס, נגיעה או 'תנועה אבודה' בכל כיוון תנועה. אין לזלזל ביתרון העיצובי שמגיע ממנועים שטוחים למדי עם חור גדול באמצע - המאפשרים לעבור טבעות החלקה, צינורות וכבלים.

היתרונות של גישת ההנעה הישירה כוללים:

ביצועים דינמיים מצויניםושליטה מדויקת במיקום ו/או במהירות

אין תגובה או בלאי

אמינות גבוההעקב ספירת חלקים נמוכה וביטול של גלגלי שיניים, גלגלות, אטמים, מיסבים וכו'.

קוֹמפָּקטִי- עם גובה צירי נמוך וקדח גדול אפשרי

אדוות מומנט נמוךאו 'שינוע'

יעילות אנרגטיתממיגור הפסדים באלמנטים מכניים ביניים

רעש אקוסטי נמוךאו רטט הנגרם מעצמו

ללא/תחזוקה נמוכה

דרישות קירור נמוכותבשל גיאומטריה תרמית מועילה

פערי אוויר גדולים יחסית- התקנה קלה ועמידות בפני זעזועים.

החיסרון העיקרי הוא לעתים קרובות יותר נתפס מאשר בפועל - מנועי הנעה ישירה (DD Motors) נחשבים לעתים קרובות יקרים יותר ממנועים מסורתיים. למרות שזה עשוי להיות נכון לעתים קרובות בהשוואה פשוטה של ​​1:1, ראייה הוליסטית יותר (הלוקחת בחשבון את מיגור גלגלי השיניים, צימודים ותחזוקה כמו גם הפחתה בפישוט המכאני הכולל) מראה שהסדרי הנעה ישירה הם, אולי באופן מפתיע, פתרון העלות והביצועים האופטימליים ביישומים רבים.

דוגמאות קלאסיות ליישומי הנעה ישירה נמצאות בגימבלים כגון מערכות אנטנות (למשל תקשורת לוויינית מותקנת ברכב), מצלמות מעקב וטלוויזיה במעגל סגור, סורקים, טלסקופים, אלקטרו-אופטיקה, טבלאות תעריפים ומערכות מכ"ם. ישנם גם יישומים במכונות CNC, ציוד אריזה, רובוטיקה ואפילו פטיפונים מתקדמים.

אם הקדח של הכונן הישיר קטן למדי (<2") there is a wide choice of position feedback sensors based on optical, magnetic, capacitive, and inductive technologies. For larger bores, the primary options are frameless resolvers, ring encoders, and inductive encoders.

פתרונות ללא מסגרת

ניתן להתייחס לרסולבר שגובהו הצירי קטן בהשוואה לקוטר שלו כאל רזולובר ללא מסגרת, רזולובר לוחות או פנקייק. באופן קפדני 'ללא מסגרת' פירושו שמבנה הרזולובר בוטל, אך מהנדסים רבים ישתמשו במונח חסר מסגרת כאשר הם מתייחסים לרסולבר עם גובה נמוך וקוטר גדול.

רוב הרזולוורים הם חסרי מברשת ולא מוברשים, אבל כולם מבוססים על עקרונות שנאים. במילים אחרות, הם חיישני זווית אינדוקטיביים. מכיוון שמיקום הרוטור של הרזולבר משתנה ביחס לסטטור שלו, הצימוד האלקטרומגנטי בין הרוטור לסטטור משתנה. ניתן לראות זאת כשאותות המוצא של הרזולבר משתנים בצורה סינוסואידית ביחס לאות העירור או הקלט.

רזולוורים מסוימים נקראים 'מהירות אחת', 'שתי מהירויות', 'ארבע מהירויות' וכו'. זה מתייחס למספר הפעמים שבהן הפלט של הרזולבר משתנה באופן ייחודי על פני סיבוב אחד. הפלט של רזולובר עם מהירות אחת היא ייחודית מעל 1 סל; הפלט של רזולובר עם שני מהירויות הוא ייחודי על פני כל 180 מעלות בתוך סיבוב אחד; הפלט של רזולובר עם ארבעה מהירויות הוא ייחודי על פני כל 90 מעלות בתוך סיבוב אחד וכן הלאה.

לרזולוורים יש רקורד מצוין ביישומים הקשורים לבטיחות - בעיקר בתעופה אזרחית. הם קשוחים ואמינים במיוחד אך נוטים להיות מגושמים, כבדים וקשים להתאמה אישית.

מקודדי טבעת

מקודדים טבעתיים ידועים גם כמקודדים בעלי שקע חלול גדול או מקודדי פיר גדול. כמו רזולוברים חסרי מסגרת - כל המונחים הללו מתייחסים לקודד שגובהו הצירי קטן בהשוואה לקוטר שלו. מקודדי טבעת הם בדרך כלל אופטיים או מגנטיים.

המקודד האופטי משתמש בסריקה של סורג עדין או "סקאלה" המוארת על ידי מקור אור LED. הסולם, סיבובי או ליניארי, עשוי מ"קווים" שקופים ואטומים המסודרים במחזור עבודה 50-50. מספר האזורים השקופים בדיסק מתאים לגובה קנה המידה שמגדיר את הרזולוציה של המקודד. החיישן יוצר מתח ביחס לעוצמת האור הנכנס. כאשר החיישן נע ביחס לקנה המידה המתח משתנה באופן סינוסואידי. מקודדים אופטיים מספקים רמות גבוהות של דיוק אך הם שבירים יחסית ורגישים למזהמים.

מקודד מגנטי משתמש במסלול מגנט רב קוטבי. החיישן, אפקט Hall או magnetoresistive, מודד את השינוי בשטף המגנט כאשר הקטבים המגנטיים נעים ביחס לחיישן. ניתן להפיק אותות סינוס וקוסינוס כמו במקודד האופטי. מקודדים מגנטיים הם קשוחים, קומפקטיים ויכולים להיות חסכוניים מאוד. עם זאת, הם רגישים לשדות מגנטיים. קשה לייצר רזולוציה המגבילה מסלול מגנטי בגובה דק. יכולת החזרה נפגעת על ידי היסטרזיס ושינויי דיוק בטווח טמפרטורת עבודה. המסלול המגנטי שביר יחסית ויכול להיות רגיש להלם.

מקודדים אינדוקטיביים

מקודדים אינדוקטיביים (IncOders) משתמשים באותה פיזיקה בסיסית כמו רזולוורים אך מציעים את אותן יציאות חשמליות דיגיטליות כמו מקודד אופטי. זה אומר שהם מציעים את אותה חוסן ואמינות כמו פותר אבל עם ממשק חשמלי קל לשימוש.

שלא כמו רזולובר, כל האלקטרוניקה הנדרשת לפעולה נמצאת בתוך הסטטור של ה- IncOder. המשמעות היא שהממשק החשמלי הוא בדרך כלל ספק DC במתח נמוך המייצר פלט נתונים דיגיטלי המייצג זווית מוחלטת או שינוי בזווית.

שלא כמו מקודד טבעת, המדידה של ה-IncOder לא נעשית רק בנקודה אחת אלא על פני כל הפנים המישוריות של הרוטור והסטטור. המשמעות היא ש- IncOders הרבה פחות רגישים לאי דיוקים כתוצאה מסיבוב לא קונצנטרי, ובכך הופכים את ההתקנה שלהם לקלה יחסית.