Les servomoteurs sont souvent utilisés en robotique pour des mouvements précis et précis.

Obtenir le meilleur servomoteur

Cet article a été initialement publié sur Heidenhein.com et a été publié ici avec permission.

Les servomoteurs sont des moteurs électriques qui permettent aux ingénieurs et aux concepteurs de contrôler avec précision la position, la vitesse et l’accélération. Comme tous les moteurs, ils sont entraînés par des aimants. Le nombre de pôles magnétiques permet de déterminer les caractéristiques du moteur: moins il y a de pôles, plus le moteur peut tourner rapidement (rms), mais le couple maximal sera plus faible. L’inverse est également vrai; plus il y a de pôles, plus le régime est bas mais plus le couple max est élevé.

Les servomoteurs peuvent utiliser un courant alternatif ou continu. Avec ca, la fréquence de la tension détermine la vitesse; dans les moteurs à courant continu, la vitesse est directement proportionnelle à la tension. Les moteurs à balais utilisent des balais conducteurs (généralement du carbone) à l’intérieur du cylindre qui transfèrent le courant lorsqu’ils glissent contre le commutateur rotatif lorsqu’il tourne. Les moteurs sans balais utilisent l’électronique pour distribuer le courant. Les servomoteurs peuvent également être à arbre plein ou creux.

Il existe une grande variété de servomoteurs, et ils sont essentiels pour les machines et applications industrielles et grand public. Cela donne aux ingénieurs et aux concepteurs beaucoup de choix parmi lesquels choisir lors de la sélection des servomoteurs pour leurs applications. Pour faire le bon choix, ils doivent comprendre les facteurs qui rendent les servos adaptés ou non à leur application spécifique.

Les servomoteurs sont souvent utilisés en robotique pour des mouvements précis et précis.

Trois principaux facteurs

Comprendre les besoins et sélectionner le meilleur servomoteur pour une application est souvent appelé dimensionnement du moteur. En effet, les relations entre la vitesse et le couple et les besoins de l’application déterminent la taille du moteur et sa densité de force relative. Pour les calculer, les ingénieurs doivent connaître le poids de la charge utile, la distance et la durée des mouvements du cycle, ainsi que le repos / refroidissement entre les deux; c’est aussi ce qu’on appelle le cycle de service. Plutôt que d’utiliser la distance avec et le temps, la distance avec la vitesse et l’accélération peut être utilisée. Le but est de déterminer combien de temps la charge utile accélère pour que le couple puisse être calculé.

Une fois l’application spécifiée, l’identification du couple de pointe, du couple continu et de la vitesse requise restreint la recherche du bon moteur. Le couple et la vitesse vont de pair lors de la sélection d’un servomoteur. Pour mieux comprendre les relations entre les deux dans une application spécifique, les ingénieurs s’appuient sur des courbes de couple. Ils montrent graphiquement le couple et la vitesse relatifs nécessaires et s’ils seront nécessaires en continu ou par intermittence.

Le couple nominal et la vitesse nominale sont des termes utiles concernant le couple et la courbe de couple de l’application. Le couple nominal est le couple maximal qu’un moteur peut produire en continu et la vitesse nominale est la vitesse maximale à laquelle le couple nominal est disponible.

Couple continu, également connu sous le nom de couple quadratique moyen (RMS), est une moyenne pondérée dans le temps du couple pendant un cycle complet. Il doit se situer dans la zone continue de la courbe de couple pour pouvoir maintenir la vitesse requise.

Couple maximal est le couple maximal nécessaire à tout moment du cycle. Idéalement, le couple de pointe se situe dans la région intermittente de la courbe de couple car il ne peut pas être constamment maintenu. Si le couple de pointe d’une application tombe dans la zone continue du moteur, le moteur est probablement trop gros.

La vitesse, généralement mesuré en tr / min, est tout aussi important que le poids de la charge utile lors de la sélection d’un servomoteur. De manière générale, plus la vitesse du moteur est élevée, plus le couple possible est faible. Les faibles nombres de pôles offrent des vitesses plus élevées et des couples plus faibles en raison de plusieurs facteurs, y compris la FEM arrière.

Plus le cycle se rapproche des limites du moteur, plus il devient chaud. Le moteur utilisé doit être suffisamment gros pour rester à une température gérable afin qu’il surchauffe, mais il ne doit pas être si gros qu’il cesse d’être rentable. Une fois ces relations déterminées, d’autres facteurs importants (mais moins critiques pour la mission) peuvent être établis.

Le moteur couple synchrone TMB + d'ETEL se compose d'un rotor et d'un stator et peut également être équipé d'une chemise de refroidissement en option.Le moteur couple synchrone TMB + d’ETEL se compose d’un rotor et d’un stator et peut également être équipé d’une chemise de refroidissement en option.

Autres facteurs clés

L’identification des exigences de vitesse et de couple permettra aux ingénieurs de déterminer le bon servomoteur. Cependant, d’autres facteurs et options concernant l’environnement et l’application doivent être pris en compte.

Rapport d’engrenage. Tous les servomoteurs n’ont pas d’engrenages, mais beaucoup en ont. Avec l’avènement des moteurs à entraînement direct, les motoréducteurs sont considérés comme plus primitifs, mais ils peuvent amplifier le couple fourni par les moteurs à faible nombre de pôles. Dans un système à engrenages, le servomoteur fait tourner un engrenage d’entraînement qui fait tourner un autre engrenage plus étroitement connecté à la charge utile. (Il peut y avoir plus d’un couple d’engrenages dans un servomoteur.) Le rapport du nombre de dents entre les paires d’engrenages détermine le rapport d’engrenage. Une fois cela établi, l’équation de couple standard calcule les besoins réels en couple du moteur.

Inertie. Lorsqu’il s’agit de rotation, la forme et la masse de la charge utile créent une inertie lorsque le moteur et la charge accélèrent ou changent de direction. Le moteur a son inertie dans le rotor, souvent négligeable par rapport à la charge utile. La charge a également une inertie et tout frottement dans le mouvement, comme des pulls ou des tables, l’augmente. L’inertie peut être utilisée lorsqu’il n’y a pas de valeur de couple connue; c’est la masse dans le F = ma équation lorsqu’il s’agit de rotation.

Précision. La précision d’un moteur à entraînement direct n’est pas mécaniquement limitée. Le moteur sera aussi précis que la rétroaction donnée au contrôleur. Cela dit, les codeurs sont généralement sélectionnés en fonction davantage de ce qui s’inscrit dans la structure mécanique globale que des performances du moteur.

Facteurs environnementaux. Si l’environnement de fonctionnement diffère de la température ambiante standard, les performances du moteur changent. Par exemple, plus la température ambiante est élevée, plus les capacités de couple continu du moteur sont faibles. Si le servo se trouve dans un réglage chaud et / ou qu’il va produire beaucoup de couple continu, le refroidissement liquide est une bonne option. Le liquide ne doit pas entrer en contact avec les composants mécaniques ou les connexions électriques du moteur. D’autres facteurs environnementaux comprennent la contamination et les vibrations, qui peuvent être courantes dans des endroits comme les papeteries, les plates-formes pétrolières ou les aciéries. Les moteurs avec des valeurs nominales, des joints et des carters spécialisés sont fabriqués dans des réglages particulièrement sales et difficiles.

Efficacité. L’efficacité d’un servomoteur est simplement la quantité de courant nécessaire pour fournir son couple constant. C’est ce qu’on appelle la constante de couple (Kt) et se trouvent sur les fiches techniques d’un moteur. Les enroulements font référence au câblage des bobines les unes par rapport aux autres (en série ou en parallèle). Les enroulements avec des rendements de courant plus élevés ont des capacités de vitesse plus faibles, tandis que les enroulements avec des capacités de vitesse plus élevées ont des rendements de courant plus faibles. Une fois que la vitesse requise est connue, l’enroulement peut être basé sur l’option la plus efficace qui atteint toujours les vitesses requises.

La relation entre le couple et la vitesse pour un moteur couple ETEL spécifique est présentée dans ce graphique à partir d'une fiche technique.La relation entre le couple et la vitesse pour un moteur couple ETEL spécifique est présentée dans ce graphique à partir d’une fiche technique.

La sélection du bon servomoteur commence par la compréhension de l’application, puis l’établissement des caractéristiques de ce qui se déplace et de la façon dont il se déplace. À partir de là, les exigences clés en matière de vitesse et de couple peuvent être établies, ce qui réduira considérablement le choix des moteurs. D’autres facteurs tels que l’environnement, l’efficacité, la précision et les engrenages doivent être pris en compte. Bien sûr, l’ordre et la priorité de chacun d’entre eux peuvent varier selon l’application.

Les experts d’ETEL recommandent des servomoteurs CC, sans balais, synchrones, à nombre de pôles élevé avec une alimentation CC convertissant le CA en CC. Les moteurs sans balais sont plus fiables, efficaces et plus silencieux que les alternatives à balais. Et les moteurs synchrones offrent un contrôle plus précis, ainsi qu’un nombre de pôles élevé. La société propose quatre options d’enroulement par taille afin que le moteur puisse fournir la vitesse requise dans les environnements d’automatisation et de production d’aujourd’hui.

Pour plus d’informations sur les servomoteurs, visitez ETEL à l’adresse www.etel.ch. Vous pouvez également contacter son représentant américain, Heidenhain, au (847) 490-1191 ou en visitant www.heidenhain.us.

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