No title

Abstrakt

Tato práce se zabývá elektrickými a mechanickými vlastnostmi elektronicky komutovaných motorů. Popisuje konstrukci motoru, srovnání s dalšími typy motorů, řízení proudů ve statoru, rovnice popisující chování motoru, využití v průmyslu a seznam výrobců s některými katalogovými výrobky.

Abstract

This thesis deals with electrical and mechanical parametrs of electronical comutated motors. It describes construction of motor, comparing with another types of motors, controlling of curent in stator, equations describing behavior of motor, using in industry and an inventory of producers with some catalogue’s products.

Poděkování

Na tomto místě bych chtěl poděkovat Ing. Vladimíru Hubíkovi za pomoc při vypracování této práce.

Čestné prohlášení Čestně prohlašuji, že bakalářskou práci na téma Elektrické a mechanické vlastnosti EC motorů jsem vypracoval samostatně pod vedením svého vedoucího bakalářské práce s použitím odborné literatury, kterou jsem citoval v seznamu použité literatury.

V Brně dne……………………

….………………………….. Martin PLEVA

Obsah 1.

ÚVOD .................................................................................................. 11

2.

SVĚT MOTORŮ .................................................................................. 12

2.1. Motory střídavé (AC motory) .................................................................. 12 2.1.1. Asynchronní motory ................................................................................ 12 2.1.2. Synchronní motory .................................................................................. 13 2.2. Motory stejnosměrné (DC, EC) motory .................................................. 14 2.2.1. DC motory ............................................................................................... 14 3. 3.1.

ELEKTRONICKY KOMUTOVANÝ (EC, BLDC) MOTOR ................... 16 Historie ........................................................................................................ 16

3.2. Konstrukce EC motoru ............................................................................. 16 3.2.1. Diskové versus válcové motory .............................................................. 18 3.2.2. Výkonové rozdělení EC motorů .............................................................. 20 3.2.3. Stator ....................................................................................................... 21 3.2.4. Rotor ........................................................................................................ 23 3.2.5. Ztráty ....................................................................................................... 23 4.

ROZDÍLY MEZI AC, DC A EC POHONY ............................................ 24

4.1. AC pohony .................................................................................................. 24 4.1.1. Asynchronní pohony ............................................................................... 24 4.1.2. Synchronní pohony.................................................................................. 24 4.2.

DC pohony .................................................................................................. 25

4.3.

EC pohony .................................................................................................. 26

5.

ŘÍZENÍ PROUDŮ EC MOTORŮ ......................................................... 27

5.1.

Hallovy sondy ............................................................................................. 27

5.2.

IRC (Incremental radial senzor) .............................................................. 29

5.3. 6.

Resolver....................................................................................................... 29 MATEMATICKÉ A ELEKTRICKÉ ROVNICE EC MOTORU .............. 30

6.1.

Pohybové rovnice pro obecný motor ........................................................ 30

6.2.

Elektrické a mechanické rovnice .............................................................. 31

7.

PŘEHLED VYRÁBĚNÝCH EC MOTORŮ NA TRHU ......................... 34

7.1. Maxon motor AG ....................................................................................... 34 7.1.1. Válcové motory Maxon motor AG ......................................................... 34 7.1.2. Diskové motory Maxon motor AG ......................................................... 37 7.2.

Dunkermotoren .......................................................................................... 37

7.3.

EAD motors ................................................................................................ 38

7.4.

Další výrobci motorů ................................................................................. 38

8.

ZÁVĚR ................................................................................................ 39

9.

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ..................................................... 41

Použité symboly c − kons tan ta motoru 2 E ph1,2 − indukované napětí fáze I − proud I Z − záběrný proud J − moment setrvačnosti km − kons tan ta motoru 1 M − moment motoru M d − moment dynamický M i − moment záběrný M iH − ideá ln í záběrný moment M z − moment pra cov ního mechanismu M − generovaný moment n − otáčky ni − otáčky na prázdno R ph1,2 − odpor fáze t − čas U − napětí

ϕ − natočení η − účinnost ω − uhlová rychlost

ELEKTRICKÉ A MECHANICKÉ VLASTNOSI EC MOTORŮ

Martin PLEVA

1. ÚVOD Lidstvo už od pradávných dob hledalo způsoby, jak zjednodušit leckteré úkony. Již v dobách pravěkých si Homo Habilis začal ulehčovat práci výrobou primitivních nástrojů z kamene. Doba ale pokročila. Dnes naši planetu obývá více jak 6 miliard Homo Sapiens Sapiens, což je člověk moudrý. Jak už ze slova moudrý plyne, tento tvor byl stvořen k tomu, aby vynalézal nejrůznější nástroje a přístroje, potřebné ke svým činnostem a rozvoji civilizací. Už ze starověkého Řecka se dozvídáme o jednoduchých mechanických vynálezech a formulacích zákonů platných dodnes. Největší rozvoj vědy a techniky, přesněji elektrotechniky, přišel v 19. století s nástupem elektrické energie. Za rozvoj této, v dnešní době nepostradatelné, energie asi nejvíce vděčíme americkému vynálezci a průkopníkovi Thomasi Alva Edisonovi, který vymyslel a zkonstruoval mnoho vynálezů a započal distribuci této energie do všech koutů světa. Měl bych se také zmínit o dalších vědcích a objevitelích jako jsou Georg Simon Ohm, který jako první v roce 1826 formuloval zákon o závislosti el. proudu, napětí a odporu, dnes nazývaný Ohmův zákon. Peter Barlow v roce 1828 vynalezl první elektrický motor. Michael Faraday objevil v roce 1831 elektromagnetickou indukci a dal tak základ „teorii o elektromagnetické indukci“. Heinrich Lenz v roce 1833 formuloval zákon o směru indukovaného proudu, kterým se řídí směr otáčení rotoru v elektrickém motoru. A také mnoho dalších vědců jako jsou například J.P. Joule (přeměna elektrické energie na tepelnou), J.C. Maxwell, W. Siemens, N. Tesla nebo z českých vynálezců František Křižík. Všichni tito vědci a spousta dalších přispěli svým dílem k novodobým objevům a nástrojům pro využití elektrické energie. Z velkých možností využití elektrické energie se zaměřím na elektrickou energii převedenou v energii mechanickou, která se využívá jako pohony v nejrůznějších odvětvích hospodářství. Dále se zaměřím na motory a to motory malé, tedy mikromotory, ze kterých si vyberu zvláštní případ, elektricky komutované motory.

- 11 -


Martin PLEVA

2. SVĚT MOTORŮ Z časopisu Industrial Engineering News: „Podle rozboru z konce roku 1999 malé motory tvoří 83% všech motorů v průmyslu. Na jeden výkonný elektromotor ve stroji připadají 3 až 4 malé motory“. (citováno z [6]). Současně však chybí informovanost široké veřejnosti o těchto malých (mikro) motorech. Pokusím se tedy přiblížit základní vlastnosti mikromotorů, a jak už téma napovídá, hlavně bude řeč o EC motorech, které patří do skupiny stejnosměrných, synchronně se otáčejících mikromotorů a jsou odvozené ze stejnosměrných (DC) motorů. V této kapitole se budu věnovat rozdělení všech typů motorů do skupin, z hlediska napájení, výkonů a využití, abychom se dobrali podstaty mikromotorů, DC, zvláště EC motorů.

2.1. Motory střídavé (AC motory) Střídavé motory jsou využívány k pohonům větších až velkých strojů, jako jsou například ventilátory, okružní pily nebo pohony lodí. Musíme ale zohlednit výkonové třídy, rostou řádově od stovek Wattů až po několik set megawattů. Střídavý motor zapojený tak, aby dodával elektrickou energii do sítě se nazývá generátor, v případě synchronního generátoru - alternátor. Jen pro představu, jedny z nejvýkonnějších generátorů v současné době u nás, se nacházejí ve vodní přečerpávací elektrárně Dlouhé Stráně. Jsou zde umístěny dva o celkovém výkonu 650 MW. Tyto motory se dále dělí na ASYNCHRONNÍ a SYNCHRONNÍ: 2.1.1. Asynchronní motory Tyto stroje fungují na principu existence točivého magnetického pole. Toto pole vzniká při zapojení tří cívek do kruhu, každá pod úhlem 120°, a jsou napájeny třífázovým napětím. Každá ze tří cívek tohoto zapojení vytváří magnetické pole, jehož složením vzniká pole točivé. Točivé pole působí na vodiče (vinutí) v rotoru. Podle Lenzova zákona se indukují proudy a rotor se roztáčí ve směru působení elektromagnetické síly, vyvolané tímto polem. Musí však být zabezpečeno natočení magnetických polí, jinak by se rotor zastavil. Asynchronní motor disponuje, oproti synchronnímu, jinou skladbou rotoru. Rotor asynchronního motoru je tvořen vinutím na koncích spojených do krátka. Ve stojícím motoru magnetické pole statoru indukuje v kotvě elektrické proudy, které vytváří magnetické pole v rotoru. Obě pole pak navzájem interagují a vznikne tak elektromotorická síla, která točí rotorem. Otáčky rotoru vzrůstají až do chvíle, než by motor mohl dosáhnout synchronních otáček. Motor ale nikdy nedosáhne synchronních otáček, pokud je alespoň minimálně zatížen na rotoru, proto je nazýván asynchronní.

- 12 -


Martin PLEVA

obrázek č. 1 – uspořádání cívek v točivém stroji U1/2, V1/2, W1/2 – označení cívek, 1/2 = vstup/výstup Asynchronní motory jsou nejrozšířenější mezi pohony středně těžkých až těžkých strojů. Jsou totiž levné, jednoduché na výrobu, provozně spolehlivé a vyžadují malou údržbu. Užívají se pro pohony nejrůznějších čerpadel, kompresorů, ventilátorů, jeřábů, pásových dopravníků, výtahů atd.

obr. č. 2 – charakteristika asynchronního motoru [6] 2.1.2. Synchronní motory Podstata vzniku točivého magnetického pole je obdobná jako u asynchronních strojů. Oproti asynchronním motorům se, jak už z názvu vyplívá, točí synchronními otáčkami. Moment klesá s napájecím napětím lineárně oproti asynchronnímu, kde klesá moment s druhou mocninou napájecího napětí.

- 13 -


Martin PLEVA

Využití je značné, většinou bývají použity tam, kde není nutné časté spouštění, například v různých vypalovacích pecích. Mohou být využity i jako motory (stroj s vyniklými póly, který nemá konstantní vzduchovou mezeru), tak i jako generátory (ty mají hladký rotor a konstantní vzduchovou mezeru). S rozvojem automatizace a regulovaných obvodů se dají využít i při polohových synchronizovaných pohybech soustavy s nutností přesnosti např. v tiskárnách, textilních, chemických průmyslech atd. Tyto motory mají velkou výhodu ve velké momentové přetížitelnosti.

obr. č. 3 – charakteristika synchronního motoru

2.2. Motory stejnosměrné (DC, EC) motory V této práci se budu věnovat stejnosměrným motorům o výkonech do 400W. Stejnosměrné motory mohou existovat i s většími výkony než 400W. Mohou to být např. pohony městských trolejbusů nebo lodí. 2.2.1. DC motory Klasické DC motory mají na statoru permanentní magnet a na rotoru vinutí. Pro roztočení motoru je nutné, aby se vždy přitahovaly opačné póly rotoru a statoru. K tomuto je zapotřebí činnosti zvané „komutace“ (obr č. 4). Komutace je vždy prováděna pomocí nějakého typu kluzného kontaktu. Kluzný kontakt se skládá z kartáče (část, která se netočí) a z komutátoru (část, která je součástí rotoru). Komutátor je nejčastějším zdrojem poruch v motoru. Tyto součásti se navzájem obrušují, proto je nutná oprava a výměna kluzných částí. Při vyšších rychlostech vzniká elektrický oblouk, který vydírá z komutátoru drobné kuličky, které se usazují mezi lamelami komutátoru. Ty způsobují další vydírání kluzného kontaktu a vznik dalších elektrických oblouků. Tyto poruchy jsou také zdrojem elektromagnetického rušení, které může být příčinou nižších účinností celého motoru. Kartáče mohou být grafitové, uhlíkové nebo kovové. Grafitové kartáče mohou přenášet vyšší proudy, doléhají na komutátor podstatně větší plochou, ale vyžadují k tomu mnohonásobně vyšší přítlačnou sílu, která má za následek větší záběrný moment. Z toho vyplívá další problém, konstrukce pružin. Pružiny musí být schopné přitláčet kartáč konstantní silou při celé jeho životnosti. Grafitový kartáč se také více obrušuje, vzniká tak prach, který se usazuje v motoru. Pro motor je to nežádoucí vliv, avšak tento grafitový prach je dobrým mazivem pro komutátor.

- 14 -


Martin PLEVA

Kovové kartáče jsou lepší z hlediska vedení proudu. Odpor v kovových kartáčích roste pravidelně oproti grafitovým, kde při hladkém rozběhu motoru vznikají proudové špičky. Z toho vyplívá, že jen motory s kovovými kartáči mohou splnit přípustné limity elektromagnetického rušení.

a)

b)

c)

obr. č. 4 – komutace DC motoru šipky souhlasných barev znázorňují kontrakci odlišných pólů Kromě komutace (kterou vyřeší EC motory), mají ale DC motory značnou řadu pozitivních vlastností. Jsou to např. několikanásobná přetížitelnost, velký záběrový moment, nízká časová konstanta a malé rozměry. DC motory jsou také jednoduše řiditelné, není ani zapotřebí žádná řídící jednotka, stačí jednoduše motor připojit ke zdroji požadovaného napájecího napětí, změny směru proudu v jednotlivých cívkách si už zajišťuje komutátor sám. Záběrný moment má lineární závislost na otáčkách jak je tomu uvedeno v charakteristice na obrázku č. 5.

obr. č. 5 (převzato z [6]) – charakteristika DC motoru (M – moment, n – otáčky, I – proud)

- 15 -


Martin PLEVA

3. ELEKTRONICKY KOMUTOVANÝ (EC, BLDC) MOTOR Pozn.: název EC je zkratka slov „electronical comutated“, BLDC je zkratka brushless DC

3.1. Historie Na prvopočátku byla myšlenka, která chtěla odstranit z DC motoru jeho nejslabší část, v podobě mechanického komutátoru, který výrazně omezuje jeho životnost. Bylo ale zapotřebí, aby zůstaly zachovány jeho vlastnosti, jako například mnohonásobná přetížitelnost, velký záběrový moment, malá časová konstanta a malé rozměry. Motory bez komutátoru existovaly už dříve pod názvem třífázový servomotor nebo střídavý AC motor. Byly ale napájeny sinusovým střídavým napětím. EC motory se začaly používat jen omezeně, tam kde bylo potřeba konstantních otáček, například ve videokamerách nebo videorekordérech s poháněnou magnetickou hlavou. V dnešní době ale požadujeme plný rozsah otáček, záběrných momentů a především klasických vlastností DC motorů, bez omezení mechanickým komutátorem.

3.2. Konstrukce EC motoru Konstrukce EC motoru vychází z podstaty klasického třífázového synchronního motoru, protože rotor se točí synchronními otáčkami. Klasický střídavý synchronní motor má rotor tvořen permanentním magnetem (může být i elektromagnet). Stator, který je napájen střídavým proudem, vytváří magnetické pole, které udává polohu rotoru. Ten se natáčí podle indukčních čar vytvářených magnetickým polem statoru. Řadí se ale do skupiny stejnosměrných motorů, díky podobným dynamickým vlastnostem s DC motory. DC motory mají na statoru permanentní magnet, vinutí na rotoru a komutace je zajištěna pomocí kluzných kontaktů. EC motor má vinutí na statoru, permanentní magnety na rotoru a komutace je zajištěna elektronicky pomocí řídící elektroniky. Díky elektronickému komutátoru může EC motor dosahovat vyšších otáček, maximálního kroutícího momentu již při nulových otáčkách, což je upřednostňuje před klasickými motory DC. Navíc EC motory neodebírají ze sítě dvojnásobný rozběhový proud. Otáčky EC motorů nejsou omezeny mechanickou komutací, jsou omezeny pouze vlastní odstředivou silou rotoru. U malých motorků je možná rychlost až 100 000 ot./min. EC motory, jak již bylo řečeno, nemají komutátor. Jejich životnost je tedy omezena životností ložisek.

- 16 -


Martin PLEVA

obr. č. 6 (převzato z [5]) – charakteristika EC motoru, n = f ( M ), P = f ( M )

obr. č. 7 (převzato z [6]) – typické rozvržení EC motoru

EC motory rozdělíme na skupiny dle konstrukce (obrázky č. 9 a 10): • Válcové o s rotorem vnitřním se statorovým vinutím v drážkách se statorovým vinutím bez drážek o s rotorem vnějším • Diskové o s rotorem vnitřním – krátký válec o s rotorem vnějším – plochý diskový tvar

Většina výrobců nabízí motor uspořádaný do diskového formátu i do válcového formátu. Toto uspořádání se volí z požadavků zákazníka, podle toho, kam a jak potřebuje motor umístit. Další rozdělení závisí také na technických požadavcích.

- 17 -


Martin PLEVA

3.2.1. Diskové versus válcové motory Diskové EC motory jsou využívány v aplikacích, kde je zapotřebí omezit délku motoru a je možno motor rozšířit do šířky. Tyto motory mají i další výhody, než jen rozměrové. Toto konstrukční provedení umožňuje snížit otáčky motoru při zachování kroutícího momentu bez využití převodovky. Tato vlastnost se realizuje zvýšením počtu pólových dvojic. Vnější prstencový rotor typu Maxon nese 8 až 24 magnetů po obvodu. Ve statoru je 6 až 18 cívek s póly. Například motor Maxon o průměru 90mm a výkonu 90W disponuje otáčkami „jen“ 5000 ot./min. Pro srovnání klasické válcové EC motory běžně dosahují rychlostí okolo 30 000 ot./min.[7] Válcové EC motory disponují menším kroutícím momentem než diskové, proto je většinou nutno před motor zařadit planetovou převodovku. Diskové motory se většinou používají bez převodovky, aby byla zachována jeho požadovaná „tenkost“. Samozřejmě se vyrábí i převodovky pro diskové motory. Není jich ale tak pestrá škála jako pro motory válcové.

obr. č. 8 (převzato z [7]) – diskový motor a stator diskového motoru

- 18 -


Martin PLEVA

obr. č. 9 (převzato z [3]) – válcové (vlevo) a diskové (vpravo) uspořádání

obr. č. 10 (převzato z [3]) – vnitřní (vlevo) a vnější (vpravo) rotor

- 19 -


Martin PLEVA

3.2.2. Výkonové rozdělení EC motorů EC motory můžeme rozdělit do výkonových skupin: - Malé výkony - Střední výkony - Velké výkony Malé výkony: -

výkony od 1 do 100W průměry od 6 do 60mm využití je většinou v malých aplikacích jako jsou zubní vrtačky, chirurgické nástroje nebo pohony malých robotů

Střední výkon: -

výkony od 20 do 200W průměry od 16 do 60mm využití je např. v letectví, chirurgii, robotice

Velké výkony: -

výkony od 50 do 400W průměry od 20 do 60mm využití je např. v letectví, chirurgii, robotice, centrifugy

Toto rozdělení není jednoznačné, v každé literatuře nebo katalogu je uváděno jinak, navíc každý výrobce má své rozdělení. Motory můžeme také dělit podle příkonů nebo otáček. Jmenovitá napětí můžou mít hodnoty od 1 až 48V ( záleží na údajích výrobce ). Jmenovité otáčky jsou od cca 1000 ot./min až po 100 000 otáček za minutu.

- 20 -


Martin PLEVA

3.2.3. Stator Aby byla možná elektronická komutace, muselo se přesunout vinutí do statorové části. Stator, který je tvořen statorovým vinutím, je většinou tvořen třemi fázemi. Pro malá zatížení se používá dvoufázové, pro střední výkony třífázové a pro náročný provoz, kde se vyžaduje hladký průběh kroutícího momentu, může být vinutí i čtyř nebo pětifázové. Toto vinutí je uloženo v drážkách, které jsou zešikmeny o jednu (zpravidla) rozteč drážek, aby se zmenšily reluktanční momenty. Do těchto fází je přiveden proud z napájecí jednotky. To je rozdíl od klasických DC motorů, které stačilo jen připojit ke zdroji napětí a ostatní už zajistil mechanický komutátor. EC motor musí mít napájecí jednotku. Součástí této jednotky musí být i řízení, které zajišťuje přepínání toku proudu jednotlivými fázemi (viz kapitola 5).

Používají se tři základní typy konstrukce statorového vinutí: -

vinutí s jednou drážkou na jeden pól a fázi (obr. č. 11 – a) vinutí se dvěma drážkami na jeden pól a fázi (obr. č. 11 – b) segmentový stator

a)

b) obr. č. 11 – vinutí statoru

- 21 -


a)

Martin PLEVA

b)

c) obr. č. 12 ( převzato z [2, 4] ) – EC motor a) rotor zapojen do hvězdy b) indukce ve vzduchové mezeře c) obdélníkový a sinusový tvar proudů v závislosti na poloze rotoru Statorové vinutí může být zapojeno do hvězdy nebo trojúhelníka. Zapojení do hvězdy (obr. č. 12a ) je preferováno pro zapojení s menším průřezem vodičů, jelikož jimi prochází menší proud. Řídí se obdélníkovým (motor nazýváme klasicky „EC“) nebo sinusovým (motor nazýváme „synchronního typu“) signálem podle provedení.

- 22 -


Martin PLEVA

3.2.4. Rotor Rotor EC motoru je koncipován buď s magnety na povrchu. V tomto případě se nekoncentruje magnetický tok a magnetická indukce je stejná jako indukce od permanentních magnetů. Nebo s magnety uvnitř rotoru, kdy je potřeba ke koncentraci magnetického toku užít pólových nástavců.

obr. č. 13 ( převzato z [4] ) – a) rotor s magnety na povrchu b)magnety uvnitř Magnety v rotoru bývají silné, vyrobené z různých materiálů. Mohou být z levnějších feritů nebo z dražších vzácných zemin (neodym – železo – bor = NeFeB, samarium – kobalt). Kvalitní magnet se pozná podle průběhu demagnetizace v hysterezních křivkách. Rotor je většinou složen z jednoho magnetu o jedné pólové dvojici, může jich být i více, pokaždé ale sudý počet. Např. firma Maxon dělá rotory svých EC motorů dvoupólové z magnetu typu NeFeB kvůli minimalizaci rozměrů a setrvačného momentu. Natočení rotoru je realizováno podle statorového magnetického pole. Poloha rotoru musí být snímána, aby se mohlo řídit přepínání proudu ve statoru a tím tak celého běhu motoru (viz kapitola 3.2.1. Stator). 3.2.5. Ztráty EC motor nemůže dosáhnout účinnosti DC motoru z důvodu hysterezních ztrát vířivými proudy a ztrát způsobených ohmickým odporem ve vinutí statoru. Jeho účinnost je o 3 – 5% nižší. Magnetické pole statoru je totiž časově proměnné. EC motor také nelze napájet pouze DC proudem, jako je tomu u DC motoru.

- 23 -


Martin PLEVA

4. ROZDÍLY MEZI AC, DC A EC POHONY Slovo pohony zahrnuje velké množství využití všech typů motorů. Navíc slovo pohon není jen samotný motor, součástí je i řízení, napájení a mnoho dalších komponentů, které jsou nezbytné. Do každé aplikace se však „hodí“ jiný typ motoru. Vše se rozděluje podle požadavků na napájení, jmenovitém momentu, záběrném momentu, výstupních otáčkách, výstupním momentu, účinnosti, velikosti ztrát ( chlazení ), výkonu, ceně a na dalších parametrech, kterých je spousta. ( tato kapitola inspirována [1, 4, 6])

4.1. AC pohony Jak již bylo řečeno na začátku v kapitole 2, tyto motory se dělí na asynchronní a synchronní. 4.1.1. Asynchronní pohony Výhody: -

dobré provozní vlastnosti široké výkonové spektrum jednoduchá konstrukce (vysoká spolehlivost) většinou vyráběny ve velkých sériích => příznivá cena

Nevýhody -

problémy s regulací rychlosti (je nutno používat nákladné a složité zdroje s proměnným napětím a frekvencí)

Aplikace: -

pohony okružních pil, ventilátorů a dalších různých domácích, zemědělských i strojírenských aplikací

4.1.2. Synchronní pohony Výhody: -

může pracovat ve všech čtyřech kvadrantech ( jako motor i brda / alternátor ) dají se použít jako polohové servopohony ( nutný přímý měnič frekvence ) výkony až do řádů MW

Nevýhody -

problémy s rozběhem na konstantní ( synchronní ) otáčky

- 24 -


Martin PLEVA

Aplikace -

při pohonu systému s konstantními otáčkami při dlouhodobém provozu pohony čerpadel ( přečerpávací elektrárny ), ventilátorů…

4.2. DC pohony DC motory jsou lépe popsány v kapitole 2.2.1. Jsou to stejnosměrné komutátorové motory. Jejich výhody a nevýhody v použití v různých pohonech jsou prezentovány níže. Výhody: -

malá hmotnost konstantní moment v široké škále otáček jednoduché řízení napětí v rotorovém vinutí (řízení rychlosti) nižší pořizovací cena než EC snadná změna smyslu otáčení ( změnou polarity budícího proudu ) provozní charakteristiky se přizpůsobí poháněnému systému pouze změnou buzení velký rozsah otáček

Nevýhody -

mechanický komutátor, omezení životnosti pravidelná údržba komutátoru rychlost otáčení je omezena komutátorem permanentní magnety na statoru, z toho vyplívá špatná možnost chlazení rotorového vinutí

Aplikace: -

-

malé výkony - automobilový průmysl ( el. okna, zrcátka, polohování sedadel, vysouvání antény, naklápění světel, atd. ) - aplikace, které jsou napájeny z baterií střední a velké výkony - pohony lodí, ponorek, elektromobilů, městských trolejbusů - v některých okrajových oblastech i čerpadla, těžní stroje

- 25 -


Martin PLEVA

4.3. EC pohony EC motory jsou svými vlastnostmi podobné DC motorům. Mohou se také přiřazovat k synchronním motorům, jelikož se točí synchronními otáčkami. Z toho vyplívají některé společné vlastnosti, popsané výše. Všechny níže uvedené výhody a nevýhody se neustále mění ze stran výrobců, kteří se neustále snaží vylepšovat jejich motory z hlediska všech parametrů. Výhody: -

vyšší účinnost než DC motory z důvodu absence mechanického komutátoru větší spolehlivost než DC životnost omezena pouze životností ložisek, díky elektronické komutaci levnější než synchronní motory pouze jeden regulátor proudu ( motor synchronní má 3 ) rychlost otáčení je omezena pouze momentem setrvačnosti rotoru

Nevýhody -

vyšší pořizovací cena ( nutnost řízení proudů ) výkon je omezen zahřátím statorového vinutí momentové pulzace při nižších rychlostech ( plynou z obrázku č. 14 ) malé výstupní momenty => nutnost převodovek

Aplikace: -

robotika v široké škále odvětví ( chirurgie, automatizace, zubařské nástroje, automobilový průmysl, RC modely), ale i spousta dalších aplikací podobných jako u DC motorů

obr. č. 14 ( převzato z [2] ) – průběh momentu EC motoru za jednu otáčku

- 26 -


Martin PLEVA

5. ŘÍZENÍ PROUDŮ EC MOTORŮ Jelikož u EC motorů není mechanický komutátor, je potřeba statorové proudy nějak řídit. Stejnosměrný motor musí být komutován, jinak by totiž nemohl vůbec fungovat. Komutace je tedy zajištěna elektronicky (jak už tomu napovídá samotný název motoru EC) v obvodu, který je součástí motoru. Řízení zajišťuje přepínání proudu do jednotlivých fází statorového vinutí. K tomu je zapotřebí znát polohu rotoru. To je zajištěno pomocí snímačů. Nejčastější snímače jsou magnetické, fotoelektrické nebo optické. Snímání polohy rotoru je realizováno po 60° nebo 120° elektrických. Záleží na typu snímače. Snímač odešle polohu rotoru do obvodu a obvod přepne směr proudu do následující fáze, aby se rotor točil dál. Snímače se mohou lišit v různých typech motorů. Řízení proudů může být provedeno i bez senzorů. Využívá se přitom nepřipojené třetí fáze motoru ( vždy jsou napájeny jen dvě fáze – obr. č. 17 ), na které lze snímat zpětné indukované elektromotorické napětí. Když je toto napětí rovno nule, tak se rotor nachází přesně uprostřed mezi dvěma polohami. ( inspirováno z [9] )

5.1. Hallovy sondy Rotor může být například snímán Hallovými sondami. Hallovy sondy určují absolutní polohu rotoru. Tyto sondy se využívají v případě jednoduššího a levnějšího provedení, které je spojeno také s obdélníkovým průběhem proudu. [1] Výhoda těchto sond je, že při výpadku proudu si elektronika „pamatuje“ pozici rotoru. K nevýhodám patří nízká rozlišovací schopnost.

obr. č. 15 ( převzato z [6] ) – výstupní signál Hallových sond

- 27 -


Martin PLEVA

Obdélníkový průběh proudu má za následek nerovnoměrný průběh mechanického momentu. Sinusový průběh proudu odstraňuje kolísání mechanického momentu. V tomto případě jsou Hallovy sondy ještě doplněny o další snímač, který spolu s logickými obvody vytváří tento sinusový signál. Proudy do jednotlivých fází statoru jsou nejčastěji řízeny zapojením spínacích tranzistorů (MOSFET) zapojených do tzv. trojnásobného polomostu. Do těchto spínacích tranzistorů vstupuje signál dle obr. č. 12c. Tento signál je ještě regulován PWM (pulsně šířková modulace). Jedna fáze je připojena ke kladnému pólu napájení, druhá k zápornému a třetí napájena není, takže je odpojena.

obr. č. 16 (převzato z [9]) – trojitý polomost se zapojením statoru do trojúhelníka

Na následujícím obrázku č. 17 je ukázáno jak se mění směr proudu v jednotlivých fázích včetně natočení rotoru vzhledem k působení magnetické síly.

obr. č. 17 – změny proudu ve statorovém vinutí (řez motorem) tečka – směr proudu před nákresnu, křížek – směr proudu za nákresnu, prázdný vodič – fáze je odpojena

- 28 -


Martin PLEVA

5.2. IRC (Incremental radial senzor) IRC senzor patří do skupiny rotačních optických senzorů. Tento senzor nemůže sám o sobě podávat informace o poloze rotoru. Potřebuje k tomu nějaké dekódovací zařízení. Samotné snímání polohy je realizováno pomocí osvětlování fotodiody, jejíž výstup je v podobě „0“ a „1“. Mezi výhody tohoto snímače patří vysoká rozlišovací schopnost polohy a možnost přesného měření frekvence rotoru. K nevýhodám patří ztráta „paměti“ polohy rotoru při výpadku proudu. Všechny optické senzory mají ještě jednu nevýhodu. Jsou náchylné na nečisté pracovní prostředí. Senzor se zanese a přestává fungovat.

5.3. Resolver Tento typ snímače je v podstatě analogovým senzorem. Resolver je součástí motoru, je připojen na hřídeli. Na magnetické pole rotoru reagují dvě sekundární cívky umístěné ve statoru (viz obr. č 18) nastavené o 90° proti sobě. Střídavý proud v primární cívce je transformován přes rotor do sekundárních cívek. Ze sekundárních cívek vystupují dvě funkce proudu - sinφ a cosφ. Z těchto dvou výstupů se vyjádří úhel φ, který je vlastně samotné natočení rotoru.

obr. č. 18 (převzato z [10]) – provedení resolveru Tento typ senzoru je výhodný ve strojírenství, nepotřebuje tak častou údržbu, součástí nejsou citlivá drahá zařízení, tento senzor může zároveň vyhodnocovat natočení rotoru i jeho rychlost. [10]

- 29 -


Martin PLEVA

6. MATEMATICKÉ A ELEKTRICKÉ ROVNICE EC MOTORU 6.1. Pohybové rovnice pro obecný motor ( následující rovnice přejaty z [3] ) Základní rovnice popisující chování rotující soustavy vychází z d’Alambertova principu. n

∑M

i

+ Md = 0

i =1

6.1.1 kde Mi jsou hnací a zátěžné momenty a Md je dynamický moment. Jelikož je rotor uložen v ložiskách, je tedy uložen nepohyblivě do stran, proto můžeme rovnici ( 6.1.1 ) považovat za algebraickou. Zavedeme moment motoru jako „M“ a moment pracovního mechanismu jako „Mz“. Rovnici ( 6.1.1 ) můžeme tedy přepsat na tvar: M − Mz = Md 6.1.2 pro Md platí: Md =

d ( J .ω ) dt

6.1.3 kde „J“ je moment setrvačnosti a „ ω “ je uhlová rychlost soustavy, které mohou být proměnné podle času „t“ nebo natočení „ ϕ “. Můžeme rovnici upravit na tvar: Md = J

dω dJ dω dJ dϕ dω dJ 2 + ω=J + ω=J + ω dt dt dt dϕ dt dt dϕ 6.1.4

většina soustav má moment setrvačnosti konstantní, můžeme rovnici ( 6.1.4 ) přepsat na tvar: Md = J

dω dt

6.1.5 Rovnici ( 6.1.5 ) můžeme, za předpokladu konstantního „J“, rozepsat do tří různých tvarů:

- 30 -


Martin PLEVA

d 2ϕ  dϕ  M ϕ, ,t  = J 2 dt  dt  6.1.6 M (ω , t ) = J

dω dt

6.1.7

( )

d ω2  dϕ  M ϕ,  = J dϕ 2  dt 

6.1.8

( )

2 dω dω dϕ (ω.dω ) d ω = = = dt dϕ dt dϕ 2d ϕ

6.1.9 Všechny rovnice ( 6.1.6 – 6.1.8 ) jsou platné a všechny napsány správně. Ale každá forma je vhodná pro jiné použití. Z rovnice ( 6.1.6 ) je možné vyjádřit okamžitou polohu, z rovnice ( 6.1.7 ) je možné vyjádřit okamžitou rychlost, z rovnice ( 6.1.8 ) je možné vyjádřit závislost rychlosti na poloze.

6.2. Elektrické a mechanické rovnice Když jsou v provozu dvě fáze statorového vinutí zapojeného do hvězdy, můžeme zavést náhradní schéma:

obr. č. 19 ( převzato z [3]) – náhradní schéma statorového vinutí

Rovnice popisující náhradní schéma: U − E ph 2 − E ph1 − 2 I .R ph = 0

6.2.1

- 31 -


Martin PLEVA

v libovolném časovém úseku můžeme napsat rovnici ( 6.2.1 ) pro okamžitý stav napětí ve tvaru: E ph = E ph1 + E ph 2

6.2.2 pokud známe střední hodnotu indukovaného napětí, v tomto případě můžeme psát rovnici: I=

U − E ph 2 R ph 6.2.3

potřebujeme stanovit závislost rychlosti (otáček) „n“ na momentu „M“, n=f(M), musíme ale nejdříve stanovit závislost indukovaného napětí na otáčkách. Toto provedeme pro kosočtvercovou smyčku vinutí statoru. Odvození je ale zdlouhavé a nic neříkající, proto rovnou zavedeme vztah pro otáčky „n“ EC motoru, za použití potřebného vtahu pro konstantu motoru „ km “: km =

M I 6.2.4

n=

1 2π

 U 2 R ph  − M  2  kM  k M   6.2.5

z tohoto vtahu ( 6.2.5 ) vyplívá, že je závislost n=f(M) lineární, můžeme tedy tento vztah, za předpokladu nulového zátěžného momentu a bez ztrát, přepsat do tvaru:

ni =

1 U 2π k M 6.2.6

kde ni jsou otáčky naprázdno. Pokud budeme chtít znát záběrný moment, zavedeme otáčky rotoru „ n0 “ = 0:

M iH =

U kM 2 R ph 6.2.7

- 32 -


Martin PLEVA

zároveň ale chceme znát záběrný proud Iz:

Iz =

U 2 R ph 6.2.8

Pokud srovnáme a dosadíme do vztahu:

 M + c.ni η = 1 −  M iH 

2

  I   = 1 − 0   IH   

2

6.2.9 vyjádříme si závislost strmosti přímek v charakteristikách n=f(M) u EC a DC motoru, tak zjistíme, že u EC motoru je charakteristika strmější asi o 30%.

DC EC

obr. č. 20 – srovnání strmostí EC/DC

Dále můžeme zavést pojem účinnost, což je poměr výkonu „P“ ku příkonu „Pz“. Výkon je v podstatě příkon odečtený o všechny ztráty, jak mechanické, tak elektrické.

η=

P Pz

6.2.10

- 33 -


Martin PLEVA

7. PŘEHLED VYRÁBĚNÝCH EC MOTORŮ NA TRHU Každá přední firma se zabývá nabídkou všech typů motorů od střídavých asynchronních až po motory krokové, včetně různých modifikací a doplňků. Pro ukázku uvádím jen výtah z katalogu firmy Maxon motor. Katalogy všech předních firem na trhu jsou obsáhlé. Proto zde uvádím odkazy na internetové katalogy a zájemci si mohou sortiment firem prostudovat dodatečně. -Katalog firmy Maxon motor AG je k dispozici: http://www.maxonmotor.com/

-Katalog firmy Dunkermotoren je k dispozici na: http://www.dunkermotoren.de/ data/downloads/catalogs/de/90130_BG-katalog_korrigiert.pdf

-Katalog firmy EADmotors je k dispozici na: http://www.electrocraft.com/files/ead_bldc.pdf

7.1. Maxon motor AG Maxon motor AG je švýcarský výrobce mikropohonů, se 40letými zkušenostmi na trhu, který se specializuje jak na samotné motory, tak i na všechna příslušenství, potřebná k jejich provozu. Jako jsou planetové převodovky, brzdy, řídící jednotky a také různé senzory. Na internetu tuto firmu najdete na adrese : www.maxonmotor.com , v České Republice je dealerem firma Uzimex Praha ( www.uzimex.cz ). ( čerpáno z [8] ) 7.1.1. Válcové motory Maxon motor AG Výrobce rozděluje své motory do tří řad: 7.1.1.1. Řada EC V této řadě jsou dvoupólové motory od průměru 6mm a výkonu 1.2W do průměru 60mm a výkonu 400W. Označení Délka Jmen. (průměr motoru výkon [mm]) [mm] [W]

EC 6

21

1,2

Max. otáčky [min-1]

Rozsah jmenovitých napětí [V]

Jmenovitý moment [mNm]

Jmenovité otáčky [min-1]

Další parametry

100000

1.2

0,402 ... 0,509

11900 ... 23800

KL,HALL,ENC, MHD,GP

- 34 -


Martin PLEVA

EC 10

25,6

8

80000

9,0 ... 24

1,55 ... 1,63

68200 ... 79400

KL,HALL,GP

EC 13

21,5

6

50000

6,0 ... 24

2,10 ... 2,21

19600 ... 23100

KL,GP

EC 13

33,9

12

50000

6 ... 36

4,49 ... 4,92

20400 ... 23400

KL,GP

EC 16

40,2

15

50000

12 ... 32

4,76 ... 4,96

28200 ... 33700

KL,HALL,ENC,G P

EC 16

56,2

40

50000

12 ... 32

13,3 ... 13,9

32100 ... 37900

KL,HALL,ENC,G P

EC 16

56,2

40

50000

12 ... 24

10,3 / 10.7

38100 / 44900

M,KL,GP

EC 22

44,5

20

50000

24

15,8 ... 16,9

5960 ... 30900

KL,HALL,ENC,R ES,GP

EC 22

49,5

20

50000

24

8,22 ... 16,0

5900 ... 35400

INT,KL,GP

EC 22

62,7

50

50000

32

30,6 ... 37,2

20200 ... 36600

KL,HALL,ENC,R ES,GP

EC 22

67,7

20

30000

24 / 32

8,98 ... 17,4

21000 ... 27800

INT,KL,GP

EC 22

62,7

50

50000

32

28,6 ... 34,9

21400 ... 38900

M,KL,GP

EC 32

60

80

25000

12 ... 48

39,1 ... 44,6

9470 ... 13500

KL,HALL,ENC,R ES,GP

EC 40

7

120

18000

12 ... 48

107 ... 129

EC 45

111,2

150

15000

12 ... 48

163 ... 188

893 ... 10900 4200 ... 9360

KL,HALL,ENC,R ES,AB,GP KL,HALL,ENC,R ES,AB,GP

EC 45

144

250

12000

24 ... 48

280 ... 318

4520 ... 10500

KL,HALL,ENC,R ES,AB,GP

EC 45 (45x45)

116,5

200

10000

48

237 ... 308

3830 ... 8150

KL,HALL+ENC, 4P

EC 45 (45x45)

155,5

300

10000

48

670

3580

KL,HALL+ENC, 4P

EC 60

177,3

400

7000

48

747 ... 830

2680 ... 4960

KL,HALL,ENC,R ES,AB,GP

KL – kuličková ložiska , SL – samomazná kluzná ložiska,ENC – možnost připojení inkrementálního snímače, DCT – možnost připojení tachodynama, RES – možnost připojení resolveru, AB – možnost připojení brzdy, HALL – integrované Hallovy sondy, HALL + ENC – integrované Halovy sondy spolu s inkrementálním snimačem, INT – dvoudrátové provedení motoru – integrovaná elektronika M – sterilizovatelný 4P, 8P ... – 4-pólový, 8-pólový, ... (pokud neuvedeno, pak dvoupólový magnet) GS – možnost připojení převodovky s předlohou, GP – možnost připojení převodovky planetové

- 35 -


Martin PLEVA

7.1.1.2. Řada EC – max V této řadě jsou dvoupólové motory od průměru 16mm a výkonu 5W do průměru 40mm a výkonu 120W. Označení Délka Jmen. Max. Rozsah Jmenovitý Jmenovité (průměr motoru výkon otáčky jmenovitých moment otáčky Další parametry [mm]) [mm] [W] [min-1] napětí [V] [mNm] [min-1] EC-max 16

24

5

20000

4,5 ... 12

3,41 ... 3,53

4680 ... 5540

KL,HALL,ENC,GP

EC-max 16

33,5

5

20000

5,0 ... 12

2,41 ... 3,39

4390 ... 7200

INT,KL,GP

36

8

20000

6,0 ... 24

32

12

18000

6,0 ... 36

7,62 ... 8,23 11,2 ... 11,9

7110 ... 7350 6840 ... 7740

EC-max 22

48,5

25

18000

12,0 ... 48

21,9 ... 23,4

9610 ... 10500

KL,HALL,ENC,AB ,GP

EC-max 30

42

40

15000

12,0 ... 48

33,9 ... 35,0

6640 ... 7210

KL,HALL,ENC,AB ,GP

EC-max 30

64

60

15000

12,0 ... 48

61,3 ... 65,3

6630 ... 8260

KL,HALL,ENC, AB,GP,MCD

EC-max 40

58

70

12000

12,0 ... 48

85,1 ... 93,7

6490 ... 7620

KL,HALL,ENC,AB ,GP

EC-max 40

88

120

12000

48

164 ... 212

2670 ... 9280

KL,HALL,ENC,AB ,GP

EC-max 16 EC-max 22

KL,HALL,ENC,GP KL,HALL,ENC,AB ,GP

Vysvětlivky: KL – kuličková ložiska , SL – samomazná kluzná ložiska ENC – možnost připojení inkrementálního snímače, DCT – možnost připojení tachodynama, RES – možnost připojení resolveru, AB – možnost připojení brzdy HALL – integrované Hallovy sondy HALL + ENC – integrované Halovy sondy spolu s inkrementálním snímačem INT – dvoudrátové provedení motoru – integrovaná elektronika M – sterilizovatelný 4P, 8P ... – 4-pólový, 8-pólový, ... (pokud neuvedeno, pak dvoupólový magnet) GS – možnost připojení převodovky s předlohou, GP – možnost připojení převodovky planetové MCD – použit v inteligentním motoru - maxon compact drive (MCD)

7.1.1.3. Řada EC – Powermax V této řadě jsou čtyřpólové motory od průměru 22mm a výkonu 120W do průměru 30mm a výkonu 200W. Max. Označení Délka Jmen. otáčky (průměr motoru výkon [min[mm]) [mm] [W] 1] ECpowermax 66 120 25000 22 ECpowermax 47 100 25000 30

Rozsah jmenovitých napětí [V]

Jmenovitý Jmenovité moment otáčky [mNm] [min-1]

Další parametry

18,0 ... 48

69,4 ... 79,0

13400 ... 14800

KL,HALL,4P,GP

18,0 ... 48

73,5 ... 76,3

16600

KL,HALL,ENC,AB,4 P,GP

- 36 -


Martin PLEVA

ECpowermax 30

KL,HALL,ENC,AB,4 P,GP

64

200

25000

24,0 ... 48

114 ... 120

15800 ... 16200

7.1.2. Diskové motory Maxon motor AG Jen pro příklad uvedu výtah z katalogu diskových motorů ( řada EC flat s integrovaným řízením ): Označení Jmenovitý Max. Rozsah Jmenovitý Jmenovité (průměr výkon otáčky jmenovitých moment otáčky [mm]) [W] [min-1] napětí [V] [mNm] [min-1] EC 20 F IE

2

7000

24

3,74

3000/6000

EC 20 F IE

5

7000

24

7,5

3000/6000

EC 32 F IE

15

7000

24

26,2

3000/6000

EC 45 F IE

30

7000

24

65...91

3000/6000

EC 45 F IE

50

7000

24

66...123

3000/4500

Další parametry KL, GP, GS, IP00, IP40, 2DP, 5DP KL, GP, GS, IP00, IP40, 2DP, 5DP KL, GP, GS, IP00, IP40, 2DP, 5DP KL, GP, GS, IP00, IP40, 2DP, 5DP KL, GP, GS, IP00, IP40, 2DP, 5DP

KL – kuličková ložiska, GS – možnost připojení převodovky s předlohou, GP – možnost připojení planetové převodovky, IP00, IP40: možnosti krytí 2DP, 5DP: dvoudrátové a třídrátové provední

7.2. Dunkermotoren Tato německá firma je na trhu od roku 1950. Má tedy dlouholeté zkušenosti. EC motory se zabývá po dobu asi 20 let. Ve svém sortimentu zahrnuje veškeré doplňkové zboží k motorům, jako jsou převodovky, snímače, brzdy i řídící elektronika. Vše je možno vybrat si z pestré katalogové nabídky ( odkaz na katalog je uveden na počátku kapitoly 7 ). Záměrně neuvádím žádné katalogové výrobky, je jich mnoho a lepší je nahlédnout do samotného katalogu výrobce. Pouze uvádím výrobcem prezentované rozsahy série BG: -

Nominální napětí: 12 – 360V DC Nominální otáčky: 2300 – 4500 ot/min Kroutící moment: 2.3 – 150 mNm Jmenovitý výkon: 6 – 530W

- 37 -


Martin PLEVA

7.3. EAD motors Firma EAD motors má sídlo v USA. Na trhu má také bohaté zkušenosti s výrobou motorů i širokého sortimentu. Tato firma se zabývá spíše elektronicky komutovanými servomotory. Pro zajímavost uvádím jednu vybranou položku z katalogu, aby byl zřejmý rozdíl v uvedených parametrech servopohonu s klasickým motorem. Také je vidět rozdíl provedení vnějšího pláště oproti klasickému motoru a to kvůli chlazení, protože vinutím tečou větší proudy.

Tabulka 1 – hodnoty pro „NEMA 17 Brushless DC servomotor“

7.4. Další výrobci motorů ADS/Transicoil - http://www.adstcoil.com/ Faulhaber – http://www.faulhaber.de/ Kolmorgen - http://www.danahermotion.com/ Mavilor - http://www.mavilor.es/

- 38 -


Martin PLEVA

8. ZÁVĚR V této práci jsem nastínil problematiku o elektrických a mechanických vlastnostech EC motorů. Jsou zde uvedeny základní typy motorů a jejich základní rozdělení do skupin střídavých a stejnosměrných motorů ( viz kapitola 2 ). V kapitole 2 jsou také znázorněny charakteristiky těchto typů motoru. Z těchto charakteristik jsou čitelné vlastnosti motorů, především závislost momentu na hřídeli na otáčkách a jejich výhody a nevýhody, které jsou podrobněji popsány v kapitole 4. Jak je vidět na obrázcích číslo 5 a 6, je charakteristika EC a DC motoru hodně podobná, téměř až stejná. U EC motoru má jen více klesající charakter z důvodu ztrát ( jak už tepelných nebo z důvodu elektronické komutace) ve statorovém vinutí. EC motor má ale vyšší záběrný moment. Elektronicky komutovaný motor byl vyvinut z důvodu odstranění nežádoucích vlivů mechanického komutátoru z DC motorů jako jsou omezení životnosti, nutnost neustálé údržby a v neposlední řadě omezení otáček. EC motor není těmito vlivy omezen. Má tedy životnost omezenou pouze životností ložisek a otáčky mohou vyšplhat až ke 100 000 otáček za minutu. Bylo tedy nutné nahradit mechanickou komutaci elektronickou. Z této skutečnosti bylo nutné přesunout vinutí z rotoru na stator a permanentní magnety ze statoru do rotoru. Permanentní magnet na rotoru se tedy natáčí podle magnetického pole statoru a komutace je realizována pomocí přídavného řízení statorových proudů, které je integrováno do těla motoru. K řízení statorových proudů jsou zapotřebí čidla snímající polohu rotoru. Tyto čidla mohou být různá ( řízení proudů – viz kapitola 5 ). Mohou to být Hallovy sondy, IRC senzory, resolvery nebo další optická i jiná čidla snímající polohu. Dále jsou v této práci uvedené některé matematické a elektrické rovnice, které popisují chování motoru. Matematické rovnice jsou uvedeny pouze k momentové podmínce. Další vztahy silové je možno získat v použité literatuře číslo [2]. Elektrické rovnice jsou uvedeny k náhradnímu schématu ( obr. č. 19 ), které vychází z napájení dvou ze tří fází. Další z uvedených kapitol (7) pojednává o sortimentu nabízeném několika světovými předními firmami. Jsou zde uvedeny odkazy na několik internetových katalogů předních výrobců a některé další světové výrobce. Firemní katalogy jsou ale tak obsáhlé, že provést kvalitní srovnání s ukázkou všech nabízených typů EC motorů by bylo, při dodržení předepsaného obsahu, nemožné. Proto je zde uvedeno jen pár typů EC motorů od firmy Maxon. Sortiment dalších firem je možné získat z katalogů. Výrobci se většinou nespecializují jen na motory, ale i na veškeré doplňkové zboží související s požadovanými vlastnostmi pohonu. Nabízejí nepřeberné množství řídících jednotek, snímačů polohy nebo rychlosti, brzdy nebo převodovky, které zajišťují převod malého kroutícího momentu motoru na větší, potřebný pro pohon soustavy.

- 39 -


Martin PLEVA

EC motory jsou vhodnými pohony všude tam, kde je požadována dlouhodobá životnost, vysoké otáčky a především miniaturní rozměry. Dalším využitím mohou být motory krokové, neboli servopohony. Válcové nebo diskové motory jsou využívány dle požadavků na otáčky, kroutící moment a požadavků na prostorové rozložení. EC motory se využívají například v chirurgii pro pohony různých chirurgických zařízení, pohony zubařských vrtaček, v robotice, v automobilovém průmyslu pro pohony elektrických zrcátek, nastavení světel, oken, polohy sedadel, volantu a mnoho dalších aplikací v automobilech. Další využití může být například v leteckém průmyslu, pro pohon klapek, natáčení směrovky, vysouvání podvozku, otevírání dveří a ještě mnoho dalších využití, nejen v letectví. Tato práce je tedy zaměřena na elektronicky komutované motory, které zaznamenávají v poslední době značný růst. Zároveň je prací, která je inspirována dostupnou literaturou na dané téma a slouží ke stručnému přehledu o dané problematice.

- 40 -


Martin PLEVA

9. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] Čeřovský Z.; Javůrek J.; Pavelka J. Elektrické pohony. 1. vyd. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 1995. 221s. ISBN 80-01-01411-8 [2]Koláčný Josef. Elektrické mikropohony. 1. vyd. Brno: Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 173s. [3]Koláčný Josef. Elektrické pohony. 1. vyd. Brno: Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 127s. [4] Skalický Jiří. Elektrické servopohony. 2. vyd. Brno: Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektroniky a informatiky Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky, 2001. Pohony s elektronicky komutovanými motory, s. 49 – 57. ISBN 80-214-1978-4 [5] Huzlik: EC motory, [online]. (březen 2009) URL: http://jaja.kn.vutbr.cz/~huzlik/EC%20motor.pdf [6] Kolektiv autorů: Seriál firmy Uzimex, [online]. (duben 2009) URL: http://www.uzimex.cz/download.php?file=/soubory/20070103_maxon_serial.pdf

[7] Kolektiv autorů: Seriál firmy Uzimex, [online]. (duben 2009) URL: http://www.uzimex.cz/soubory/20031203_tat_2003-11_12.pdf

[8] Oficiální internetové stránky firmy Uzimex Praha. [online]. (květen 2009) http://www.uzimex.cz/

[9]Povalač Aleš: Brushless DC motor controller, [online]. (březen 2009) URL:http://www.feec.vutbr.cz/EEICT/2008/sbornik/02-Magisterske%20projekty/04Silnoprouda%20elektrotechnika%20a%20elektroenergetika/01-xpoval01.pdf

[10]http://www.elektromehanika.com/servo/maxon/Technology%20short%20and%20to% 20the%20point%20sensors.pdf [online]. (duben 2009)

[11]http://www.specamotor.com/ [online]. (květen 2009)

- 41 -

No title

Recommend Documents