Come scegliere il motore giusto per il tuo progetto: cose su cui pensare e di cui essere consapevole

Qual è il punto di partenza?

Il primo punto di riferimento quando si sceglie un motore è capire quale coppia e velocità si richiede. Oltre a questo è necessario pensare a parametri funzionali di base come la dimensione fisica del motore, che si tratti del telaio / corpo del motore o della dimensione dell’albero o dei fori di montaggio. Tutti questi fattori possono avere un impatto sulla scelta. Se hai molto spazio per lavorare, è probabile che sarai in grado di scegliere qualunque sia la migliore opzione tecnica per il tuo progetto. Tuttavia, in alcuni casi, un determinato tipo di motore potrebbe sembrare l’opzione migliore, ma potrebbe non essere possibile a causa dei vincoli di dimensione imposti da una determinata applicazione. Un buon esempio di questo tipo di problema è dove un motore passo-passo può essere la migliore soluzione tecnica, ma la scarsa densità di potenza del motore significa che non è possibile ottenere la potenza richiesta nello spazio fisico richiesto. In questo caso, è possibile ottenere prestazioni simili (con maggiore potenza) utilizzando un motore CC senza spazzole più piccolo (più potente) con un riduttore. Questo ti darà immediatamente un’idea chiara di ciò che è possibile. Come esempio veloce, la maggior parte dei motori passo-passo non supera i 1000 giri / min. Allo stesso modo, a velocità più elevate, l’uscita di coppia di un motore passo-passo sarà notevolmente ridotta da ciò che può ottenere a velocità inferiori. Come per le restrizioni sulla dimensione fisica, è importante tenere a mente queste cose dall’inizio del progetto. Se è necessario superare i 1000 giri / min, è necessario un motore a corrente continua CC o senza spazzole. Allo stesso modo, se si richiede precisione posizionale o monitoraggio semplice del numero di giri per un’applicazione come il dosaggio o le pompe, lo stepper funzionerà molto meglio.

Inizia con i requisiti di coppia e velocità e se non sei sicuro di cosa siano, esegui alcuni test per scoprirlo ...

Non possiamo davvero enfatizzare abbastanza questo punto. Senza una conoscenza dettagliata dei requisiti di coppia e velocità nell’intero range operativo del motore, è impossibile fare una scelta informata sull’opzione migliore. Questo è particolarmente vero quando si tratta di scambiare un’opzione contro un’altra. Comprendiamo perfettamente che in molte applicazioni potrebbe non essere immediatamente possibile sapere quali sono in termini numerici, ma in tal caso saremo lieti di aiutarti. Possiamo aiutare con i campioni o effettuare una visita in loco per effettuare una valutazione. Allo stesso modo, possiamo spesso lavorare all’indietro a partire da informazioni meccaniche per determinare la coppia e il range di velocità e quindi la potenza elettrica richiesta. Se non ne sei sicuro, ti preghiamo di chiedere: siamo molto felici di aiutarti.

Che voltaggio e corrente hai a disposizione?

Di nuovo, questo può sembrare un punto ovvio ma, come per le informazioni sulla coppia e la velocità, può essere estremamente importante nel fare la scelta giusta. Se il potere non è un oggetto e l’applicazione può usare ciò che vuole, la scelta è (letteralmente!) La tua. Tuttavia, la maggior parte di noi non è mai così fortunata e nella stragrande maggioranza dei casi ci saranno delle restrizioni, che si tratti di una batteria in uso o dei limiti stabiliti dal progetto. In questo caso è molto importante pensare non solo alle condizioni “in esecuzione”, ma anche a come possono apparire gli estremi. Per dare un esempio questo può includere;

1. Avvio: qui possono verificarsi picchi di corrente che sono necessari per superare l’inerzia dell’applicazione.

2. Tensione della batteria: questi cambiano nel tempo man mano che il ciclo di carica della batteria si sposta. Questi possono avere un impatto sul controller stesso, ma portano anche a un aumento del consumo di corrente quando la tensione scende.

3. Inefficienza: è sempre importante considerare l’inefficienza nei calcoli. Questo a volte viene trascurato e può portare a aspettative gonfiate della potenza di uscita meccanica di un motore. Per dare un’idea, i riduttori sono in genere efficienti al 75%, i motori variano da circa il 70-90% di efficienza ei controllori sono in genere efficienti al 90%. Se si utilizza quindi un’alimentazione da 1kw in un motore senza spazzole e un riduttore, allora ci si può aspettare di ricevere un’uscita meccanica del 50-75%. Ci sono modi per ridurre l’impatto di questo naturalmente. Vi preghiamo di contattarci direttamente se siete preoccupati per questi problemi.

Selezione delle caratteristiche e dei criteri di prestazione più importanti necessari in un motore

Una volta comprese le principali limitazioni che si hanno in relazione allo spazio e alla potenza, è tempo di guardare ciò che è richiesto in termini di funzionalità. In altre parole, per capire cosa è necessario dal motore per farlo funzionare correttamente nella propria applicazione e fino a che punto ciascun motore potrebbe essere in grado di raggiungere questo obiettivo? Ad esempio, porsi le seguenti domande;

1. Hai bisogno di alta precisione posizionale o velocità?
2. L’efficienza energetica e la durata della vita sono una priorità?
3. È necessario mantenere una coppia costante o una velocità costante?
4. Avete un costo significativo per unità o restrizioni di scadenza del progetto che possono avere un impatto sulla decisione?

Se si richiede un’elevata accuratezza posizionale, i motori passo-passo sono di gran lunga la scelta migliore in quanto possono essere controllati da microprocessore per spostare 1/100 ° di grado (o più) se necessario. Possono essere rapidamente invertiti e spostati in posizioni esatte con facilità. Questi li rendono perfetti per una serie di applicazioni come il dosaggio o applicazioni industriali in cui la precisione posizionale è molto più importante dell’efficienza o della velocità. Se l’efficienza energetica è più importante per il progetto rispetto all’accuratezza posizionale, è probabile che un motore a corrente continua senza spazzole sia il migliore in quanto offrono una durata di vita molto maggiore rispetto ai motori DC a spazzole e sono più efficienti dei motori passo-passo. Una volta che hai dato la priorità alle caratteristiche più importanti richieste dal motore, puoi prendere una decisione. Di seguito è riportata una semplice panoramica del modo più importante per selezionare un motore in base alle principali priorità prestazionali.

La migliore opzione motore per le prestazioni o il fattore finanziario più importanti

Le dimensioni più piccole – in genere le DC senza spazzole sono i motori più potenti e ti permetteranno quindi di ottenere la massima potenza nella più piccola busta possibile. Questi sono seguiti da DC spazzolato (tipicamente circa il 10% in meno di potenza densa) e stepper (enormemente meno denso di potenza).

Precisione posizionale: i motori passo-passo sono di gran lunga i migliori qui. Questo è ciò per cui sono progettati. Un motore passo-passo 200 standard con un controllo microstep 1/128 come il ZD10 può offrire fino a 25600 posizioni in un cerchio a 360 gradi. Questi sono seguiti da DC senza spazzole che possono essere relativamente precisi (specialmente se si usa un grande numero di poli e potenzialmente si aggiunge un cambio). I DC spazzolati sono molto poveri qui e potrebbero essere utilizzati solo in questo tipo di applicazione in un modo molto crudo.

Massima velocità: la DC senza spazzole raggiungerà la massima velocità di molto. Sono seguiti da vicino da DC spazzolato che può andare molto veloce. I motori passo-passo non dovrebbero essere considerati per le applicazioni ad alta velocità.

Il costo più basso – tipicamente il DC spazzolato è l’opzione di costo più basso disponibile. Il costo delle soluzioni DC stepper e brushless è tuttavia ridotto man mano che la tecnologia diventa più ampiamente disponibile.

Funzionamento più fluido – tipicamente spazzolato DC. Per applicazioni come i giradischi dove la scorrevolezza è estremamente importante raccomandiamo sempre un motore DC spazzolato di alta qualità. I motori passo-passo possono funzionare in modo relativamente uniforme ma non più come quelli DC spazzolati. Le applicazioni ad alta velocità possono prendere in considerazione motori brushless DC ma non motori passo-passo.

Motori DC e stepper brushless a lunga durata. Ci sono delle eccezioni (come i motori in metallo prezioso) ma nella stragrande maggioranza dei casi un motore DC brushless durerà 5-10 volte più a lungo di un motore DC spazzolato. La mancanza di attrito causato dai pennelli che può quindi esaurire è il fattore più importante in questo. I motori CC brushless ben realizzati con cuscinetti di buona qualità sono la migliore opzione possibile se la durata della vita è fondamentale. Come punto secondario c’è anche un argomento per cui i motori brushless DC sensorless sono i migliori per una lunga durata in quanto questi non richiedono sensori a bordo per monitorare il motore. L’argomento chiave qui non è che i sensori riducono la durata di vita del motore in sé, ma semplicemente che sono un componente che può andare male nel motore e quindi più semplice è il design, meno cose che possono andare storte e quindi più lunga durata potrebbe ragionevolmente aspettarsi.

Buon funzionamento a basse velocità – non DC senza spazzole! I motori DC e stepper spazzolati sono molto buoni alle basse velocità (1-100 giri / min), ma la maggior parte dei motori DC brushless sarà molto povera, specialmente se hanno un numero di poli basso. Qui è sempre possibile aggiungere un riduttore per ridurre la velocità se un motore CC senza spazzole è la scelta preferita. Per velocità <1 rpm un cambio sarà una necessità e può essere aggiunto a qualsiasi tipo di motore a seconda di quale sia la migliore opzione possibile per il tuo progetto.

Coppia massima – senza riduttori è normalmente il caso che un motore passo-passo (a bassa velocità) fornisca il massimo della coppia / potenza fornita. Tuttavia, se la coppia elevata è molto importante per la vostra applicazione, raccomanderemmo invariabilmente di aggiungere un cambio per aumentarlo significativamente. A seconda di altri fattori nella tua applicazione, l’opzione migliore qui potrebbe essere qualsiasi tipo di motore.

Conclusione: restringila usando i parametri di base e poi fai una scelta preliminare delle caratteristiche chiave che sono più importanti per te

Fondamentalmente ci sono applicazioni in cui un tipo di motore sarà la scelta più ovvia – ad esempio un’applicazione con pompa peristaltica che richiede un dosaggio ad alta risoluzione. Tuttavia, sul retro di questo ci sono un gran numero di applicazioni in cui può essere possibile utilizzare un numero qualsiasi di diversi tipi di motori. In tali applicazioni è importante comprendere i pro e i contro di ciascun tipo di motore e il modo in cui si riferiscono alle priorità chiave del progetto o dell’applicazione specifica di controllo motore. Questa guida ha illustrato alcune delle cose più importanti da prendere in considerazione quando si effettuano queste scelte, ma se avete domande, il nostro team sarà lieto di aiutarvi.

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