Wyzwania? Zapraszamy do środka! Potrójna współpraca momentu obrotowego, prędkości i precyzji

Dotychczas zastosowanie tradycyjnych systemów zawsze oznaczało pójście na kompromis. Apertury w wydrążonych wałach zazwyczaj były dość małe, same napędy powolne i ciężkie, a mechaniczna integracja wymagała mnóstwa pracy. Teraz nowy bezpośredni napęd oferuje obiecującą alternatywę. Jego apertura ma średnicę 40 mm (fot. 1), a dzięki technologii silnika krokowego osiąga równowagę między prędkością i momentem obrotowym a wielkością i masą.

Istnieje wiele technologii napędów i rozwiązań dostępnych w przypadkach, w których potrzebna jest centralna apertura. W praktyce jednak każde z nich ma swoje wady. Przykładowo w hybrydowych silnikach krokowych średnica otworu w wale jest zazwyczaj ograniczona do około 10–12 mm ze względu na niezbędne elementy miedziane lub magnetyczne. Z uwagi na ich wielobiegunową konstrukcję silniki obrotowe mogą być konstruowane z większą aperturą, jednak nie mogą osiągać wysokich prędkości ze względu na dużą masę. W dodatku są stosunkowo drogie i niejednokrotnie trudne w integracji. Dlatego często stosowane są stoły obrotowe z otworem pośrodku, napędzane „zwykłymi” silnikami. Tego rodzaju rozwiązania z kolei wymagają przekładni oraz złożonych mechanizmów. Wynikający z tego nieunikniony luz międzyzębowy musi zostać zrównoważony za pomocą wyszukanych środków, zanim ten typ silnika zostanie wykorzystany do zastosowań wymagających dużej precyzji. W znaczący sposób wpływa to na integrację systemową. Co więcej, wykorzystuje się w nich wiele zużywających się części, w związku z czym mają wysokie wymagania dotyczące konserwacji. Stoły obrotowe uruchamiane hybrydowym silnikiem krokowym są również często wybierane, jednak ich wadą jest duża wielkość oraz masa, niezbędne do osiągania wysokiej wydajności. Do tej pory niełatwo było znaleźć praktyczne rozwiązanie dla sytuacji, w których niezbędna była odpowiednio duża apertura.

Nowe podejście – nowe możliwości

Firma FAULHABER, specjalista w dziedzinie napędów, podjęła się stworzenia kompletnie nowego rozwiązania napędowego wykorzystującego silnik krokowy z serii DM66200H, zaprojektowany specjalnie do zastosowań wymagających dużej apertury (fot. 2). Przy całkowitej średnicy 66 mm, wał ma bardzo duży otwór o średnicy 40 mm. Jego grubość wynosi jedynie 24 mm, a masa tylko 218 g. Taki kompaktowy napęd jest łatwy w montażu i wymaga bardzo niewiele przestrzeni. Wirnik z otworem bezpośrednio napędza układ mechaniczny, który rozłożony jest naokoło apertury, bez potrzeby transmisji (fot. 3). Dzięki temu nie ma luzu międzyzębowego, który musiałby być kompensowany.

Nowy napęd z drążonym wałem, początkowo opracowany z myślą o optyce i fotonice, stwarza również interesujące możliwości w wielu innych zastosowaniach – takich jak napędy kół, w których wały napędowe muszą przechodzić przez silnik ze względu na ograniczoną przestrzeń lub przy tworzeniu protez kolan lub ramion. Można go użyć, gdy trzeba przeprowadzić kable przez aperturę lub w przypadku, gdy gazy, ciecze lub sygnały świetlne mają przechodzić przez środek silnika. Poza zastosowaniem w optyce – np. w stojakach do mikroskopu, przysłonach fotograficznych, obiektywach zmiennoogniskowych, sterownikach wiązki lasera itd. – można go zastosować do wielu innych zadań związanych ze sterowaniem i pozycjonowaniem. Typowe zastosowania obejmują także obrotnice, podstawy anten oraz wywietrzniki gazów i powietrza.

Wysoka wydajność w optymalnych kombinacjach

Bezpośredni napęd oparty jest na sprawdzonej technologii silników krokowych FAULHABER. Wielobiegunowy, dwufazowy silnik z magnesami stałymi osiąga 200 kroków na obrót. Wysoka rozdzielczość wynosząca 1,8° w trybie pełnego kroku umożliwia dokładne wykonanie pozycjonowania podczas działania w pętli otwartej. Silnik osiąga dynamiczny moment obrotowy wynoszący 200 mNm i może przenosić odpowiednio duże obciążenia. Maksymalny statyczny moment obrotowy wynosi 307 mNm, a w przypadku wzmocnienia – nawet 581 mNm. Hamulce są więc niepotrzebne. Osiągalne są prędkości do 2000 obr./min. Kompaktowy napęd bezpośredni oferuje więc idealną równowagę między prędkością a momentem obrotowym do wielu zastosowań. Pozwala na ciągłą pracę bez konieczności konserwacji, gdyż jedynym elementem zużywającym się są łożyska. Dostępne są modyfikacje dostosowane do konkretnych zastosowań, np. do określonych smarów, modyfikacji uzwojeń, kabli i łączników oraz listew mocujących.

FAULHABER POLSKA Sp. z o.o.
ul. Górki 7, 60-204 Poznań
tel. 61 278 72 53
e-mail: info@faulhaber.pl 
www.faulhaber.com 

źródło: Automatyka 4/2022