Elektrische precisiemotoren

Uit Technotheek
Ga naar: navigatie, zoeken
Elektrische precisiemotoren
Onderdelen.jpg
Eigenschappen
Categorie: Componenten
Originele auteur: Franke Meijers en Rein Liefers
Jaar: 2010

Inhoud

Inleiding

Elektromotor

In de datasheet wordt de precisie elektromotor behandeld. Elektromotoren werken allemaal dankzij hetzelfde fysische principe van elektromagnetisme. Bij elektromotoren is er veel onderscheid te maken, zonder permanente magneet, met permanente magneet, gelijkstroom en wisselstroom motoren. Deze datasheet zal zich richten op de gelijkstroom motoren. Bij elk ontwerp waar een motor nodig is kan de ontwerper rekening houden met de voor- en nadelen van het gebruik van elektromotoren, in dit geval precisie motoren. In de datasheet staan de eigenschappen en definities verder uitgewerkt.

Beschrijving en eigenschappen

Onderdelen.jpg

De precisie gelijkstroomelektromotoren zijn opgebouwd uit verschillende onderdelen. De meeste van deze onderdelen zijn ook in standaard DC-motor(gelijkstroommotor) te vinden. De belangrijkste onderdelen staan hieronder op een rijtje. Er wordt onderscheid gemaakt tussen borstel motoren en borstelloze motoren. Bij borstel motoren wordt de stroom via borstels en de collector naar de spoel overgedragen. Hierbij draait de spoel en is de magneet op een vaste positie. Bij borstelloze motoren draait de magneet met de as mee en zit de spoel vast aan de behuizing. Het donkergroene stelt de magneet voor. Onderdelen:

Overzicht onderdelen precisie motor
  • As
  • Spoel
  • Magneet
  • Collector (alleen bij borstel motoren)
  • Aansluiting
  • Lager(s)
  • Borstel (alleen bij borstel motoren)


De precisie gelijkstroomelektromotoren kenmerken zich door het halen van grote nauwkeurigheden en lange levensduur. Dit wordt behaald door onder andere de bovengenoemde onderdelen zo ver mogelijk te perfectioneren. Hieronder staan de verschillen ten opzichte van de gewone DC-motor.

  • De as zorgt voor de overbrenging van het vermogen naar bijvoorbeeld een tandwiel, die het vermogen weer verder doorgeeft. De as wordt vervaardigd van hoogwaardig staal met zeer kleine maattoleranties. Op deze manier is de as niet in onbalans door bijvoorbeeld een asymmetrische vorm.
Spoel ankermotor
Spoel precisiemotor
  • De spoel zorgt ervoor dat de motor gaat draaien dankzij de opgewekte magnetische flux en de aanwezige magneet. De precisiemotoren kunnen op elk gewenst punt stoppen en verder gaan. Dit is mogelijk door de spoel op een speciale manier te wikkelen. Er zijn drie grote bedrijven die precisiemotoren leveren, elk bedrijf heeft zijn eigen (gepatenteerde) manier van het wikkelen de spoel. Het effect dat hiermee wordt tegen gegaan heet cogging. Cogging is het fenomeen dat optreedt ten gevolge van het ijzeranker dat in de standaard DC-motor verwerkt is in de spoel. Bij ijzeranker motoren wordt de magneet aangetrokken tot het staal in het anker, met gevolg dat de motor als het ware van anker naar anker loopt. Het ontbreken van het anker bij de precisiemotoren heeft naast geen cogging nog meer voordelen. Doordat er alleen koper in de spoel zit en geen ijzer, is het rendement van de motor hoger. Er kan een grotere hoeveelheidkoper in hetzelfde volume spoel verwerkt worden. De spoel is zo gewikkeld dat het een redelijk sterk geheel is. Ook wordt de spoel nog uitgelijnd om, net als bij een autoband, het zo soepel mogelijk te laten draaien.
  • De magneet is van hoogwaardige kwaliteit met gevolg dat de magneet krachtiger is, hierdoor levert de motor meer vermogen ten opzichte van de standaard motor.
  • De collector is het onderdeel dat samen met de borstel ervoor zorgt dat de stroom wordt overgedragen naar de draaiende spoel. Er wordt gebruik gemaakt van meerdere lamellen, vaak worden deze met de hand geplaatst. Meer lamellen zorgen voor een soepelere werking van de motor. Deze zijn gevoelig voor slijtage, de dikte wordt afgestemd op de levensduur van de motor. Zodat de motor niet onnodig zwaar wordt. Bij het raken van de borstel bij een lamel ontstaat er heel kort een kleine kortsluiting, deze kortsluiting heeft als gevolg dat er een klein vonkje ontstaat. Dit vonkje kan de collector aantasten, vonkje werkt als een kleine bijtel. Ook is dit effect bij precisiemotoren geminimaliseerd.
  • De aansluiting zorgt ervoor dat de motor aangesloten kan worden op de stroombron. De aansluitingen zijn intern verbonden met de borstels (borstel motor) of met de spoel (borstelloze motor)
  • De meeste precisiemotoren zijn gelagerd. Hierdoor wordt het energieverlies beperkt en zit er zo goed als geen speling op de as. Zelfs de kleine motoren, met een diameter van 6mm, zijn gelagerd. De gebruikte lagers zijn daar dus ongelooflijk klein, toch blijven de motoren zeer nauwkeurig.
  • De borstel is het onderdeel dat de stroom overdraagt naar de collector. Vaak is de bostel gemaakt van grafiet. Het grafiet is zachter dan het materiaal van de collector, hierdoor zal de borstel de collector zo min mogelijk aantasten wat de levensduur aanzienlijk vergroot. Soms wordt er ook om technische redenen een metalen borstel gebruikt, het deel dat contact maar is dan gecoat met een edelmetaal(palladium).

Met alleen een precisiemotor kan je nog niet veel. Als je deze aansluit op een batterij zal deze niet veel anders gaan draaien als een standaard motor. Het verschil wordt gemaakt in de aansturing van de motor. Deze elektronische aansturing zorgt ervoor dat de motor kan doen waar het voor ontwikkeld is, nauwkeurig werken. Vaak worden de motoren gebruikt in combinatie met een vertragingskast (een omgekeerde versnellingsbak), met gevolg dat, afhankelijk van de overbrengingsverhouding, de output nog nauwkeuriger is. De producenten van de motoren leveren ook de aansturingelektronica en de mogelijke vertragingskasten.

Toepassingen

De precisiemotor kent vele vaak onbekende toepassingen. Bij de kenniscentra staat een link naar een overzicht van gebruikte toepassingen. Hier worden enkele voorbeelden uitgelicht.

  • Robots, bij veel (humanoid) robots worden precisie motoren gebruikt voor het aansturen van de bewegingen van de robot. Een millimeter kan de robot al uit balans brengen. Wanneer de robot moet stoppen wil je ook dat hij stopt, niet dat hij ten gevolge van cogging een stukje verder gaat.
  • Prototypes, door de hoge nauwkeurigheid is het mogelijk om verschillende metingen met de motor te doen, welke hoek, snelheid, belasting en toerental. Aan de hand van deze informatie kan bepaald worden wat voor motor in het definitieve product toegepast gaat worden.
  • Marslander, de hoge nauwkeurigheid, levensduur en energieverbruik ten opzichte van het geleverde vermogen, zijn deze motoren bij uitstek geschikt voor dit soort exclusieve toepassingen waarbij er geen ruimte voor fouten is.
  • Efteling, bij de trollenkoning in de Efteling zijn dit type motoren verwerkt.

Voordelen

Algemeen

Precisiemotoren hebben in het algemeen de volgende voordelen ten opzichte van de standaard DC-motor.

  • Het grote voordeel is de nauwkeurigheid
  • Veel mogelijkheden, uitgebreide catalogus
  • Hoog rendement
  • Lange levensduur
  • Uitvoerig getest
  • Hoge toerentallen

Borstel motor

De voordelen van de borstel motor ten opzichte van de borstelloze motor.

  • De borstel motor is simpel aan te sturen
  • Lagere kosten

Borstelloze motor

De voordelen van de borstelloze motor ten opzichte van de borstel motor.

  • Langere levensduur, geen slijtage collector
  • Breder getest werkgebied
  • Meer toepassingen (bijvoorbeeld cleanrooms)

Nadelen

Algemeen

  • Hoge kostprijs
  • Complex en specialistisch om te maken
  • Om hoge precisie te halen moet de aansturing ook precieze signalen doorgeven
  • Meerdere componenten nodig (tandkast, aansturing en voeding)
  • Energieverlies bij de lagers en collector(borstelmotor)
  • Niet te repareren binnen de kwaliteitsnormen van het product

Borstel motor

  • Slijtage bij de collector
  • (kleine) Borstelspeling
  • Beperkte levensduur door de slijtage

Borstelloze motor

  • Duurderde aansturingelektronica

Milieuaspecten

De milieuaspecten zijn onderverdeeld in drie categorie├źn:

  1. Productie. Tijdens de productie wordt er gewerkt met veel metalen en specialistische apparatuur. Ook zijn er veel mensen aanwezig voor de assemblage. Hierdoor is er veel energie nodig tijdens de productie van een precisiemotor. Tijdens de productie wordt de productielijn, uit eigen belang, zo veel mogelijk geoptimaliseerd. Het is lastig te zeggen wat de milieuaspecten zijn in dit stadium van de motor en gebruik.
  2. Gebruik. Als gevolg van de perfectionering van het DC-motor principe is het rendement zeer hoog. Dit heeft als gevolg dat de motoren energie zuiniger zijn dan de standaard DC-motoren. Ook is de levensduur hoog waardoor de motor minder vaak vervangen moet worden. De motoren worden niet gerepareerd, mocht de motor kapot gaan dan is deze afgeschreven en kan je het weggooien. Vaak zal het er op neer komen dat de motoren vervangen moeten worden wanneer deze nog goed lijken te werken. Dit heeft te maken met dat ze hun maximale levensduur bereikt hebben waar ze nog garanties kunnen afgeven dat de motor nog werkt volgens de specificaties.
  3. Recycling. Recycling wordt niet door de bedrijven zelf gedaan, wanneer de motor weggegooid wordt zal deze door het vuilnis bedrijf verwerkt worden. Hier worden vaak de metalen zoveel mogelijk gescheiden. Het is de vraag of alle componenten gerecycled worden, het is goed mogelijk dat een groot deel van de materialen verbrand wordt of op de vuilnisbelt terecht komt.

Leveranciers en kenniscentra

Persoonlijke instellingen
Naamruimten
Varianten
Handelingen
Navigatie
Hulpmiddelen