Наш стиль - высокий технический уровень, надежность и качество

Информация о продукте

      ОАО «Машиноаппарат» и ООО «МЭЛМА» впервые в отечественной электротехнической промышленности разработали серию бесконтактных моментных электродвигателей ДБМ, охватывающую широкий диапазон вращающих моментов – от 0,01 до 16 Н·м.

      Разработка электродвигателей серии ДБМ проводилась на основе следующих принципиальных требований, предъявляемых к электроприводу потребителями:

  - конструкция электропривода должна быть модульной, минимальной массы;
 - конструкция должна обеспечивать возможность построения безредукторного
   привода;
 - привод должен применяться во всех наиболее распространенных случаях,
   представляющих практический интерес;
 - привод должен быть многофункциональным.

      Требование модульности означает, что привод должен разрабатываться и производиться в виде отдельных узлов (модулей), собираемых в привод потребителем по специальным требованиям. Это позволяет не только расширить функциональные возможности привода, но и снизить номенклатуру выпускаемых модулей при одновременном увеличении их серийности.

      Отсутствие редуктора снижает, прежде всего, металло- и трудоемкость привода, уменьшает его износ, шум при работе, упрощает обслуживание. Однако, основное преимущество безредукторных приводов – это возможность повышения точности за счет отсутствия люфтов, существенного уменьшения мертвого хода, повышения резонансной частоты, снижения моментов сухого трения и других нежелательных факторов, вносимых редуктором. Кроме того, отсутствие редуктора позволяет обеспечить длительное сканирование с высокой частотой, скачкообразные шаговые движения и другие специальные режимы работы, требующие от привода высоких ускорений и частых реверсов.

      Требование многофункциональности вытекает из расширения круга задач, решаемых современными приводами, что подкрепляется большой гибкостью управления от микропроцессоров и микро-ЭВМ.

       Как же реализованы указанные требования при разработке электродвигателей серии ДБМ?

      В качестве двигателя выбрана бесконтактная синхронная электрическая машина с обмоткой на статоре и постоянными магнитами на роторе. Бесконтактность предоставляет возможность функционирования в самых тяжелых условиях и режимах, а выбор синхронной машины обеспечивает лучшие энергетические и массогабаритные характеристики по сравнению с асинхронной.

      Требование создания безредукторного привода привело к необходимости применения встраиваемой конструкции, т.е. элементы электромеханической части привода – синхронная машина и, при необходимости, датчик положения ротора – изготавливаются и поставляются в виде отдельных cборочных единиц статора и ротора без вала. При этом двигатель выполняется тихоходным, чтобы частота вращения его была гораздо ниже обычных значений 1000 – 6000 об/мин, неприемлемых для большинства объектов управления. Для обеспечения работы в разнообразных условиях эксплуатации потребитель может также использовать различные системы защиты и охлаждения (воздушного, жидкостного и т.д.), что при встраиваемой конструкции и выделении всего тепла в статоре двигателя не представляет чрезмерно сложной задачи.

      Синхронная электрическая машина с постоянными магнитами обладает наиболее широкими функциональными возможностями по сравнению с другими видами электрических машин. При питании обмоток статора системой синусоидальных напряжений с необходимым временным сдвигом имеет место режим синхронного двигателя. Если на обмотку статора подавать систему разнополярных или однополярных импульсов напряжения, двигатель становится шаговым. При наличии обратной связи по положению ротора двигатель превращается в бесколлекторный аналог двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, сохраняя присущий последнему характер механических и регулировочных характеристик, широкий диапазон регулирования частоты вращения и т.д. Этот режим называют также режимом вентильного двигателя.

      Таким образом, потребитель имеет возможность изменять характеристики привода путем изменения его структуры, а также путем изменения формы фазных напряжений или переключения секций обмотки статора синхронной машины, т.е. осуществлять так называемое программирование параметров.

      Встраиваемое исполнение двигателя обеспечивает компактность конструкции при непосредственном соединении двигателя с исполнительным инструментом или объектом управления, возможность наращивания момента и мощности за счет соосной установки двигателей, пропуск волноводов, световодов или кабелей через центральное отверстие в роторе, которое является посадочной поверхностью. Установка статора в механизме осуществляется по его наружной поверхности. Как показала практика, встраиваемая конструкция двигателя сохраняет многие свои достоинства даже в редукторных вариантах привода и позволяет за счет рациональной компоновки улучшить его массогабаритные показатели.

      При проектировании любого двигателя всегда возникает задача оптимизации по тому или иному критерию. Технический уровень синхронного двигателя с постоянными магнитами наиболее объективно можно оценить по двум критериям – статической добротности, характеризующей степень использования активных материалов (отношение электромагнитного момента к массе и квадратному корню из электрических потерь в обмотке) и динамической добротности, характеризующей развиваемое ускорение (отношение электромагнитного момента к моменту инерции ротора).

      Естественно, что в безредукторных приводах, в которых инерционность нагрузки, как правило, значительно превышает момент инерции ротора, нет смысла стремиться к максимальной динамической добротности двигателя. Поэтому термин «моментный электродвигатель» означает, что двигатель спроектирован на оптимум по статической добротности, т.е. по наибольшему удельному моменту в единице массы и электрических потерь в обмотке. С этой целью двигатель должен быть выполнен многополюсным «плоским», с отношением осевого размера ротора к его диаметру значительно меньше единицы.

      С целью обеспечения максимально возможной статической добротности в роторах электродвигателей серии ДБМ использованы высококоэрцитивные постоянные магниты, как правило, из магнитных материалов на основе редкоземельных элементов (самария или неодима); ряд типономиналов выполнен с магнитными системами ротора из феррита стронция (обозначение этих двигателей оканчивается на Р18). Применение высококоэрцитивных магнитов решает также задачу обеспечения устойчивости электродвигателя к значительным перегрузкам по току и моменту и позволяет не предусматривать никаких специальных мер защиты их от размагничивания.

      Применение высококоэрцитивных постоянных магнитов позволяет увеличить воздушный зазор между статором и ротором; это, во-первых, облегчает потребителю монтаж двигателя в механизм, а во-вторых, дает возможность при необходимости разместить в зазоре тонкостенный немагнитный экран, герметически разделяющий полости статора и ротора.

      При выборе конструкции статора было принято во внимание, что возможно применение двигателей как в приводах повышенной точности, где предъявляются жесткие требования к величине пульсаций вращающего момента по углу поворота ротора и к уровню остаточного момента сопротивления, так и в приводах меньшей точности, где не предъявляются высокие требования к качеству движения ротора и где требования к уровню и характеру остаточного момента сопротивления и пульсациям момента менее жесткие.

      В этой связи в серии ДБМ приняты два конструктивных исполнения статора:

  1. Гладкий (беспазовый) статор с обмоткой, расположенной непосредственно в воздушном зазоре; это позволяет обеспечить отсутствие реактивного остаточного момента сопротивления и пульсаций вращающего момента, им вызываемых; для гладких статоров характерны малые электромагнитные постоянные времени обмоток (от 0,04 до 0,3 мс).
   2. Пазовый статор с обмоткой, уложенной в пазы сердечника, позволяющий обеспечить более высокую статическую добротность и меньшую электромеханическую постоянную времени, чем у двигателей с гладким статором (от 6 до 25 мс), при этом электромагнитная постоянная времени составляет от 0,3 до 3 мс.