Бескаркасные двигатели представляют собой комплекты из ротора и статора, которые не устанавливаются в традиционный корпус двигателя. Здесь мы расскажем о некоторых их преимуществах наряду с преимуществами моментных двигателей.

Автор: Лиза Эйтел | Ответственный редактор

Бескаркасные двигатели также не включают в себя корпус двигателя или выходной вал (или подшипники, поддерживающие вал). Вместо этого OEM-производитель или инженер-конструктор совместно с поставщиком обеспечивают надежную интеграцию статора и ротора бескаркасного двигателя непосредственно в станок и каркас.

Однако принцип работы бескаркасных двигателей такой же, как и у обычных двигателей с постоянными магнитами и асинхронных двигателей. Бескаркасные двигатели:

Обратите внимание, что некоторые бескаркасные двигатели выполнены в виде бесщеточных серводвигателей для приведения в движение точных осей, как и любая другая система серводвигателей. В отличие от этого, другие бескаркасные двигатели функционируют как моментные двигатели. Эти электродвигатели с прямым приводом обычно имеют большой диаметр и большее количество полюсов и работают на более низких скоростях, чем серводвигатели, что, в свою очередь, означает, что они обеспечивают более высокий крутящий момент, чем серводвигатели традиционной конструкции.

Одним из основных преимуществ бескаркасных двигателей является чрезвычайно высокая жесткость. Конечно, общая жесткость конструкции зависит от жесткости всех ее компонентов. Традиционные конструкции включают двигатель с валом, соединенным с механическими компонентами трансмиссии, такими как ремни и шкивы, ходовые винты и коробки передач. Даже жесткость вала может существенно повлиять на стабильность системы, поскольку она зависит от диаметра в кубе.

Бескаркасным моментным двигателям не нужны компоненты трансмиссии, что приводит к потере хода и устойчивости. В результате достигается жесткость трансмиссии на выходе, которая иногда в десятки раз превышает жесткость на кручение, присущую традиционным двигателям.

Существует множество вариантов конструкции бескаркасных двигателей. Часто основное внимание уделяется бескаркасным двигателям без вала — наиболее распространенный вариант, подразумеваемый под термином «бескаркасный». Отверстие в этих двигателях позволяет машиностроителям конфигурировать машины множеством способов. Но рассмотрим другой вариант — стационарный моментный двигатель, который включает в себя подшипниковый узел, устройство обратной связи по положению и, как правило, устройство контроля температуры. Эта концепция требует от пользователя меньших затрат на разработку приложений, но также ограничивает гибкость конструкции.

Одно предостережение: хотя бескаркасные двигатели обладают многими преимуществами, они требуют более тщательной разработки для конкретного применения, что означает, что они, как правило, используются только в продуктах массового производства, таких как оборудование для компьютерной томографии, или в малосерийных сборках, где стоимость не является основным фактором, как, например, в телескопах. Тем не менее, инвестиции в разработку безрамных двигателей могут обеспечить конкурентные преимущества в производительности.

На самом деле, индивидуальные конструкции обмоток на бескаркасных двигателях могут соответствовать особым требованиям к напряжению; варианты тонкого ламинирования могут повысить эффективность при работе на высоких скоростях, а диаметр корпуса практически неограничен. Характеристики обмоток класса F на некоторых двигателях допускают температуру до 155 °C. Аналогичным образом, редкоземельные неодимово-железо-боровые магниты входят в стандартную комплектацию многих бескаркасных двигателей, но некоторые производители предлагают двигатели с самарий-кобальтовыми магнитами, которые выдерживают очень высокие температуры окружающей среды.

Пересмотрите распространенное применение бескаркасных серводвигателей — моментных двигателей. Они доступны в виде бескаркасных комплектов двигателей (состоящих из пары статора и ротора) или поставляются с корпусом, подшипниками и датчиками обратной связи. Некоторые в промышленности сравнивают моментные двигатели с их линейными аналогами — линейными двигателями с прямым приводом. Одним из распространенных применений моментных двигателей являются поворотные столы с прямым приводом.

Моментный двигатель — это электродвигатель с прямым приводом (обычно относительно большого диаметра), который передает крутящий момент непосредственно на ведомый вал без участия механиков. Моментные двигатели обычно имеют большее количество полюсов и работают на более низких скоростях, чем серводвигатели, но они обеспечивают гораздо более высокий крутящий момент, чем стандартные серводвигатели. Многие в промышленности сравнивают моментные двигатели с их линейными собратьями с прямым приводом — линейными двигателями, которые иногда называют силовыми двигателями.

Моментные двигатели, имеющие форму моментных двигателей с ограниченным углом наклона, предназначены для применений, требующих поворота менее чем на 360°.

Поскольку нагрузка подключается непосредственно к ротору двигателя (без промежуточных компонентов для передачи мощности), динамометрические двигатели называются прямыми приводами. Динамометрические двигатели могут использоваться в качестве исполнительных механизмов для механизмов с прямым приводом, заменяя традиционные установки, например, электродвигатели с редуктором.

Обычно моментные двигатели представляют собой синхронные двигатели с постоянными магнитами особенно большого диаметра, тороидальной конструкцией обмотки, роторами с редкоземельными магнитами и (в некоторых случаях) системами охлаждения для предотвращения перегрева при высокой постоянной мощности крутящего момента. Концептуально эти двигатели похожи на традиционные серводвигатели, за исключением того, что они широкие и имеют короткую осевую длину (вместо малого диаметра и большой длины традиционных устройств) и у них гораздо больше полюсов, чем у серводвигателей. Большое количество полюсов позволяет динамометрическим двигателям выдавать высокий крутящий момент, но при более низких средних скоростях, чем у серводвигателей. Кроме того, динамометрические двигатели обычно имеют большой полый вал или отверстие, которое позволяет пропускать трубки, световые лучи и т.д. через центр двигателя и ведомую ось.

Одно из применений динамометрических двигателей — для намотки полотна, которое выигрывает от прямого привода катушек для контролируемого захвата и разматывания. Органы управления переключают их с низкого крутящего момента на высокий, обеспечивая равномерное дозирование бумаги, пленки или другого рулонного материала без необходимости в промежуточных передачах, соединениях или муфтах сцепления.

Еще одним распространенным применением моментных двигателей являются индексаторы и поворотные столы. Почему это так?» Что ж, во многих таблицах индексации используются традиционные сервоприводы, которые включают в себя механические механизмы передачи мощности и силовые агрегаты в сочетании с сервомоторами с низкой инерцией и обратной связью с высоким разрешением. Но загвоздка здесь в том, что некоторые высокоскоростные индексаторы и особенно прецизионные поворотные столы не могут быть точно и быстро проиндексированы или установлены с хорошей стабильностью, когда в контуре имеется люфт от механической передачи и сцепления. В данном случае динамометрические двигатели с прямым приводом могут выдавать высокий пиковый крутящий момент для быстрого позиционирования без каких-либо опасений потери хода. Кроме того, устройство обратной связи с высоким разрешением монтируется непосредственно с двигателем на ведомом валу, что устраняет источник нестабильности контура.

Во многих случаях моментные двигатели выпускаются в виде бескаркасных двигателей. Это связано с тем, что эти прямые приводы часто используются в специализированных станкостроительных конструкциях, где двигатель может быть встроен непосредственно в станок. В конце концов, прямая интеграция двигателя устраняет необходимость в размещении корпусов двигателей, подшипников, обратной связи, зубчатых передач и механических соединениях.

Бескаркасные моментные двигатели позволяют производителям оборудования адаптировать характеристики двигателей к конкретным конструкциям.

В отличие от традиционных типоразмеров и технических характеристик, выбор моментных двигателей основан не на мощности, а на крутящем моменте. Максимальный крутящий момент — это максимально возможный крутящий момент двигателя в течение короткого времени; постоянный крутящий момент — это крутящий момент, который двигатель может выдавать бесконечно долго, если его правильно установить и обеспечить надлежащее охлаждение. Рабочий цикл приложения определяет уровни пикового и постоянного крутящего момента, необходимые для достижения общих целей проектирования движения.