Poradnik http://www.automatykaonline.pl/poradnik/artykuly.php?id=60
Katalog Oferty Praca Poradnik Forum Artykuły Galeria
Twoje dane
8 czerwca 2010 imieniny: Ady, Celii, Medarda Wczoraj odwiedziło nas 1836 internautów >>więcej
Szukaj w artykułach technicznych:
Poradnik
Zastosowania i zużycie mikrosilników elektrycznych
Z dużym prawdopodobieństwem można przyjąć, że w Polsce użytkuje się od
500 milionów do miliarda mikrosilników prądu stałego. W obliczeniach
założono tylko 50 mikrosilników na gospodarstwo domowe, mając na
uwadze widoczne zapóz
nienie cywilizacyjne naszego kraju. Liczba ta
wydaje się i tak zaskakująco duża, gdyż na co dzień nie zastanawiamy się
ile mikrosilników wbudowano do urządzeń, jakimi posługujemy się
POMIARY AUTOMATYKA
pracując, wypoczywając, czy wykonując czynności domowe.
ROBOTYKA nr 05/2010
w numerze:
Już przed kilkoma laty napisano, że jednym z mierników poziomu
Quo vadis robotyko?
cywilizacji narodu jest liczba mikrosilników przypadających na
Więcej na temat robotyki
gospodarstwo rodzinne. Obliczono wówczas, że w krajach rozwiniętych
(Japonia, USA) statystyczna rodzina posiada około 100 mikromaszyn
Napędy elektryczne,
elektrycznych. napędy liniowe
Konferencja Automatyków
RYTRO 2010
Mikrosilniki elektryczne - nowa koncepcja definicji
Spis treści na stronie PAR
Na pytanie:  jak można zdefiniować pojęcie: mikrosilnik elektryczny?
odpowiedz
wcale nie jest łatwa. Nowa multimedialna encyklopedia PWN
2003 informuje:  mikrosilnik, miniaturowy silnik - moc zwykle poniżej 750
Artykuły
W .
Słownik pojęć
automatyki
Przyczyną nieprzystającego do rzeczywistości nazewnictwa stał się szybki
postęp technologiczny w zakresie elektroniki i budowy maszyn
Normy i przepisy
elektrycznych, obserwowany od początku lat 70-tych ubiegłego wieku. Po
wynalezieniu i wdrożeniu do masowej produkcji układów scalonych
(pierwsze układy scalone wytworzono w 1958 w USA), a następnie
mikroprocesorów (pierwszy w historii mikroprocesor wyprodukowała firma
Jesteś autorem ciekawego
Intel Corporation w końcu 1970) oraz pamięci półprzewodnikowych o
artykułu? Wiesz o czymś, o
dużych pojemnościach, wystąpiło na niespotykaną w przeszłości skalę
czym powinniśmy napisać?
zjawisko decentralizacji napędów. Stosowany dotychczas w urządzeniu
jeden  duży silnik i towarzyszące mu mechanizmy przetwarzania ruchu Skontaktuj się z nami:
[e-mail]
zastępować zaczęto lokalnymi mikrosilnikami zasilanymi tylko na czas
wykonywania pracy. Decentralizacja napędu była możliwa, gdy funkcje
sterowania działaniem urządzeń można było przekazać tanim i
niezawodnym układom elektronicznym.
Mikrosilniki projektuje się do konkretnych, często nietypowych zastosowań.
Pojawiło się ich wiele odmian i tysiące rozwiązań konstrukcyjnych. Przed
laty maszyny te próbowano definiować przez opis zastosowań i moc
oddawaną na wałku wyjściowym rzędu watów lub ułamka wata [1]. Stąd
Biuletyn Automatyki
znane określenie  silniki mocy ułamkowej . Zastosowania te odróżniają
 mikrosilnik od  małego silnika, którą to nazwą historycznie określano Zaprenumeruj wpisz e-mail:
maszyny o mocy z zakresu od kilkudziesięciu wat do 1 kW [2, 3] - masowo
wówczas produkowane.
W latach 70-tych na dużą skalę produkowano już także mniejsze silniki:
Więcej o biuletynie
do zegarów i zegarków naręcznych oraz sprzętu fotograficznego i audio-
wideo. Te zaczęto nazywać mikrosilnikami. Teraz nazwa taka jest zupełnie
nieprzystająca do rzeczywistości, gdyż od ponad 10 lat z powodzeniem
produkuje się silniki jeszcze mniejsze, o wymiarach mikro i
nanometrowych, a więc porównywalne wielkością do bakterii i niewidoczne
gołym okiem.
Najwyższa więc pora uporządkować nazewnictwo. Wydaje się, że
przyszłościowa i merytorycznie uzasadniona może być zgłaszana w tym
artykule po raz pierwszy propozycja zastosowania rozwiązań zgodnych z
zaleceniami twórców układu jednostek SI, a więc stosowania ustalonych już
przedrostków określających wielokrotność i podwielokrotność wielkości.
Wyróżnikiem powinien być moment uzyskiwany na wale maszyny
wyrażony w Nm. W tym rozumieniu dotychczasowe mikrosilniki należałoby
nazywać  milisilnikami (mNm), a te najmniejsze dziś wytwarzane
pikosilnikami (pNm) [4]. Większość produkowanych maszyn to po prostu
 silniki , gdyż ich moment jest zbliżony do Nm.
Główne grupy mikrosilników
Mikrosilniki elektryczne (trzymajmy się jednak dotychczasowego
nazewnictwa) występują w trzech głównych odmianach: jako silniki prądu
1 of 7 2010-06-08 12:00
Poradnik http://www.automatykaonline.pl/poradnik/artykuly.php?id=60
stałego lub silniki skokowe oraz jako miniaturowe silniki prądu
przemiennego. Silniki prądu stałego mogą być komutowane mechanicznie
(szczotkowo) lub elektronicznie. Silniki prądu przemiennego mogą być
również komutowane szczotkowo. Część z nich nie posiada komutatora
wykorzystując wirujące pole magnetyczne. Silniki skokowe z reguły
komutowane są elektronicznie.
Przed dziesięcioma laty w Stanach Zjednoczonych procentowy udział
mikromaszyn poszczególnych grup wynosił:
� silniki komutatorowe (szczotkowe) prądu stałego 45 %
� silniki prądu stałego komutowane elektronicznie (bezszczotkowe) 32 %
� silniki skokowe 13%
� małe silniki prądu przemiennego 10%.
Tak więc 77 % ogółu mikromaszyn stanowiły silniki prądu stałego, a 13 %
silniki skokowe. Podobne proporcje należy przyjmować obecnie w Polsce.
Zastosowania mikrosilników elektrycznych
Zastanówmy się w jakich urządzeniach są używane mikrosilniki w domu.
W pokoju wypoczynkowym mikrosilniki znajdziemy w:
- komputerze, drukarce i skanerze, łącznie około 15;
- radiomagnetofonie z odtwarzaczem płyt kompaktowych lub wieży Hi-Fi (3
do 10);
- magnetowidzie;
- kamerze wideo;
- aparacie fotograficznym analogowym lub cyfrowym;
- telefaxie,
- kwarcowym zegarze wskazówkowym, budziku i zegarku naręcznym.
W pokoju dziecinnym bardzo wiele mikrosilników służy do napędu zabawek
mechanicznych, są także w sprzęcie magnetofonowym i odtwarzaczu płyt
kompaktowych.
W łazience mikrosilniki są w elektromechanicznych szczoteczkach do
zębów, golarkach elektrycznych, maszynkach do strzyżenia włosów,
depilatorach, suszarkach do włosów, urządzeniach wibrujących do masażu,
programatorach pralek.
W kuchni mikrosilników jest niewiele, gdyż przeważająca liczba maszyn
elektrycznych to małe silniki prądu przemiennego stosowane do napędu
mikserów, robotów kuchennych, maszynek do mięsa, krajalnic itp.
urządzeń. Nie są to jednak mikrosilniki prądu stałego. Mikrosilniki
występują zaś w programatorach, zegarach wskazówkowych,
radiomagnetofonach.
W sypialni jest zwykle również radiomagnetofon, analogowy zegar lub
budzik kwarcowy, czasem automatyczny przyrząd do pomiaru ciśnienia
krwi, przyrząd do masażu, często drugi magnetowid, przenośny
miniaturowy magnetofon na słuchawki czy odtwarzacz płyt kompaktowych.
We wszystkich tych urządzeniach są mikrosilniki.
Po zsumowaniu otrzymuje się 30 do 100 mikrosilników. Więcej w domach
wielkomiejskich, znacznie mniej w wiejskich. Oczywistym powodem jest
znacząca różnica dochodów przypadających na statystyczną rodzinę.
Do tej liczby dodać należy kilka do kilkunastu mikrosilników w każdym
nowoczesnym samochodzie i około 20 w urządzeniach biurowych, jakimi
posługujemy się w pracy.
Czemu służy to wyliczanie, które nie wyczerpuje wszystkich zastosowań?
Uświadomieniu jak ważnym problemem jest trwałość mikromaszyn i w jak
znacznym stopniu decydują one z jednej strony o komforcie naszego życia,
z drugiej zaś o kosztach i stracie czasu, gdyby ulegały awariom. Przecież
uszkodzenie się skutkiem zużycia jakiegokolwiek mikrosilnika spowoduje
czasowe pozbawienie nas możliwości korzystania z urządzenia,
konieczność jego naprawy lub zakupu nowego. To poważny problem
finansowy, ale także nie mniej ważne zagadnienie z punktu widzenia
ochrony środowiska, gdyż naprawa współczesnych urządzeń jest zwykle
nieopłacalna.
Zużycie mikrosilników
Pisząc o zużyciu mikrosilników mam na myśli postępujące z czasem zużycie
fizyczne, prowadzące w końcowym efekcie do niesprawności maszyny i
konieczności jej wymiany. O trwałości silników decydują procesy
zachodzące w obrębie węzła komutacyjnego, gdyż to komutator szczotkowy
jest zespołem najbardziej podatnym na zużycie. Drugim zespołem są
łożyska wirnika. Ułożyskowanie może być ślizgowe lub z wykorzystaniem
pośrednich elementów tocznych, zwykle łożysk kulkowych.
Czas poprawnej pracy mikrosilników magnetoelektrycznych produkowanych
przez wiodące na świecie firmy przekracza 2000 godzin, zaś przy
zastosowaniu specjalnych rozwiązań konstrukcyjnych jest znacznie większy
[5, 8]. Trwałość silników skokowych jest jeszcze większa. Trwałość silników
skokowych z wirnikiem ułożyskowanym tocznie przekracza dziesiątki, a
nawet setki tysięcy godzin, zaś przy ułożyskowaniu ślizgowym wynosi kilka
tysięcy godzin.
Zużywanie się komutatorów
Komutator silnika ma za zadanie przełączać zezwoje (uzwojenia wirnika) w
2 of 7 2010-06-08 12:00
Poradnik http://www.automatykaonline.pl/poradnik/artykuly.php?id=60
odpowiednich pozycjach kątowych tak, aby uzyskać stały znak momentu
napędowego. Budowę komutatora objaśniono na rys 1.
Rys. 1. Uzwojenia wirnika i komutator silnika prądu stałego
Uzwojenie wirnika to szereg oddzielnych grup zwojów (nazywanych
zezwojami), połączonych ze sobą szeregowo. Punkt wspólny początku
każdego zezwoju i końca poprzedniego jest wyprowadzany do metalowego
porozcinanego pierścienia nazywanego komutatorem. Wycinki pierścienia
komutatora, wzajemnie od siebie izolowane, noszą często nazwę  działek
lub  segmentów . Każdy z zezwojów można opisać jego rezystancją Rz i
indukcyjnością Lz. Prąd doprowadzany jest przez dwa ruchome i sprężyste
styki nazywane szczotkami. Szczotki komutatorów wykonuje się jako
metalowe (rys. 2) lub grafitowe (rys. 3).
Rys. 2. Metalowe szczotki mikrosilnika prądu stałego: 1  szczotka
ponacinana wzdłużnie, 2- tłumik drgań w postaci elastycznej płytki z
tworzywa sztucznego, 3  oprawa szczotki, tzw.  szczotkotrzymacz
ze sprężystej taśmy metalowej.
Średnica widocznego w głębi otworu panewki łożyskowej wynosi 1,5
mm
Rys. 3. Szczotki grafitowe mikrosilnika prądu stałego: 1  szczotka
oprawiona w blachę, 2- tłumik drgań w postaci grubej elastycznej
płytki z tworzywa sztucznego, 3  szczotkotrzymacz ze sprężystej
taśmy metalowej
W istocie nie jest to czysty grafit, tylko dość twardy i kruchy spiek na bazie
węgla i grafitu. Szczotki węglowo-grafitowe oraz metalowo-grafitowe są
bardzo tanie i mają tę zaletę, że ścierając się nie niszczą szybko
komutatora. Dopuszczalna gęstość prądu wynosi w nich ok. 10 A/cm2, zaś
nacisk jednostkowy jest bardzo mały, rzędu 20 kPa.
Komutator może być wtedy wykonany z miedzi i też jest tani. Niestety
grafitowe szczotki dość szybko się zużywają, a zanim to nastąpi docierają
się do kształtu komutatora znacznie zwiększając powierzchnię styku. Z
tego powodu zwieranie kolejnych zezwojów jest na dużej drodze kątowej,
co można uznać za wadę. Ponadto grafit nie przewodzi tak dobrze prądu
jak metal, a więc rezystancja przejścia takiego zestyku jest duża, a sam
zestyk niezbyt pewny. Przy szczotkach grafitowych nie jest możliwe
skuteczne zmniejszanie średnicy komutatora, aby zmniejszyć moment
tarcia w szczotkach.
W silnikach od których wymaga się dużej stałości parametrów, stosuje się
szczotki metalowe, wykonywane najczęściej z materiałów szlachetnych
3 of 7 2010-06-08 12:00
Poradnik http://www.automatykaonline.pl/poradnik/artykuly.php?id=60
(stopu złota, platyny czy irydu). Szczotki takie wymagają również
twardszych i bardziej odpornych na ścieranie komutatorów. Te też
najczęściej wykonuje się wtedy z metali szlachetnych odpowiednio
utwardzanych.
Rys. 4. Komutator mikrosilnika firmy Escap wykonany z metali
szlachetnych:
1- komutator, 2  szczotki, 3  kubkowe uzwojenie bezżelazowego
wirnika wg [9]
Szczotki metalowe są najczęściej zwielokrotniane, aby zapewnić w czasie
pracy ich niezawodny docisk do komutatora . Trzeba uświadomić sobie w
jak trudnych dynamicznie warunkach one działają. Przyjmijmy dla
przykładu, że średnica komutatora wynosi 3 mm, a prędkość obrotowa to
6000 obrotów/min. W przykładzie wybrano wartości typowe . Jeśli z tą
samą prędkością kątową toczyłyby się po drodze koła super szybkiego
motocykla, to jechalibyśmy na nim ok. 200 m/s czyli 720 km/h. To nie
wszystko. Nierówności komutatora wynoszą ok. 0,1 mm, jeśli jest on w
dobrym stanie technicznym. W naszym przykładzie odpowiada to wybojom
o wysokości ok. 20 mm co 20 cm, czyli jez
dzie po bruku!
Szczotki są różnej długości, aby częstotliwości ich drgań własnych były
różne, a prawdopodobieństwo kontaktu zestyku bliskie pewności. Nierzadko
każdą ze szczotek nacina się wzdłuż powiększając jeszcze bardziej liczbę
zestyków. Ukazuje to rys. 2, będący mikroskopową fotografią szczotek
maleńkiego mikrosilnika napędowego wymontowanego z czytnika płyt
kompaktowych.
Podczas komutacji szczotki doprowadzają prąd do przeciwległych wycinków
komutatora, zwierając kolejne zezwoje w chwilach przełączania. Zwarcie
fragmentu uzwojenia w którym płynie prąd skutkuje krótkotrwałym
prądem zwarcia, gdyż zakumulowana energia pola magnetycznego musi
zostać rozproszona. Proces ma gwałtowny przebieg ze względu na krótki
czas zwarcia. Występuje iskrzenie na komutatorze i elektroerozja jego
powierzchni  rys. 5.
Rys. 5. Elektroerozja wycinków komutatora skutkiem rozpraszania
zakumulowanej energii pola magnetycznego i siły elektromotorycznej
indukowanej w zezwoju: 1  szczotkotrzymacz, 2- metalowa
szczotka, 3  ubytki materiału komutatora skutkiem elektroerozji
O zużyciu układu komutacyjnego decydują zjawiska związane z
przepływem prądu. Znamionowa wartość prądu mikrosilników jest mała,
zwykle poniżej 1 A. Mimo to gęstość prądu w obszarze współpracy zestyku
może być znaczna, szczególnie przy metalowych szczotkach i rewersyjnej
pracy silnika. W podwyższonej przepływem prądu temperaturze, w tzw.
mikropolach stykowych następuje nadtopienie materiału. Zjawisko to
określane jest jako zimne zgrzewanie. Powoduje powstawanie punktowych
mikrozgrzein. Punkty te są następnie niszczone na skutek ruchu wirnika.
Prowadzi to do narastania materiału na metalowej szczotce. Szczotka
zbiera materiał ze ścieżki tworząc wyraz
ny tor ślizgowy. O charakterze
procesów erozyjnych świadczy stan powierzchni torów ślizgowych. Liczne
wyrwania i bruzdy wskazują na wiodącą rolę zjawiska zgrzewania szczotek
do komutatora i następującego natychmiast po tym zrywania zgrzein. Przy
takiej pracy komutator ulega przyspieszonemu zużyciu  rys. 6.
4 of 7 2010-06-08 12:00
Poradnik http://www.automatykaonline.pl/poradnik/artykuly.php?id=60
Rys 6. Skrajnie zużyty komutator mikrosilnika prądu stałego na
skutek pracy rewersyjnej przy dużym obciążeniu: 1  tworzywo
sztuczne podłoża komutatora, 2  resztki wycinków komutatora z
wyraz
nymi bardzo głębokimi torami ślizgowymi (aż do podłoża).
Widoczny wałek silnika ma średnicę 3 mm
Również szczotki zużywają się znacznie szybciej niż normalnie. Powstanie
torów ślizgowych ( kolein ) spowoduje wcześniej czy póz
niej wpadnięcie
wszystkich szczotek w te tory. W nowym silniku szczotki były przesunięte
względem siebie, aby wykorzystać całą powierzchnię komutatora. Teraz
ślizgają się w koleinach trąc bokami. Taka współpraca zwiększa drastycznie
moment tarcia i powoduje nadpalanie krawędzi szczotek  rys. 7.
Rys. 7. Ślady zużycia i nadpalenia metalowych szczotek mikrosilnika ,
w którym powstały tory ślizgowe. Na fotografii widoczne są skręcenia
szczotek i ślady przegrzania materiału (wskazane strzałkami)
W mikrosilnikach z wirnikiem bezżelazowym indukcyjność uzwojeń jest
około dwóch rzędów wielkości mniejsza niż w klasycznych maszynach
prądu stałego. Mimo to energia wytwarzana w przełączanych zezwojach
wystarcza do powstania tak zwanego łuku bezplazmowego. Przy większych
prądach, a więc ponadnormatywnie obciążonych silnikach, zjawisko to
stanowi podstawową przyczynę zużycia układów komutacyjnych.
Zużycie łożysk ślizgowych
Wirniki mikrosilników najczęściej łożyskuje się stosując spiekane porowate
panewki metalowe (brązowe) nasączane fabrycznie smarem - zwykle
odpowiednim olejem mineralnym. Panewki te o porowatości 15 do 30 %
[4] spiekane są z proszków na bazie miedzi z dodatkiem do 10 % cyny, do
1 % węgla (grafitu), a w niektórych spiekach także do 4 % ołowiu. Panewki
ślizgowe stosuje się głównie w celu tłumienia drgań wałka, gdy wymagana
jest cichobieżność łożyska oraz ze względu na prostotę wykonania i niski
koszt. Trwałość takiego ułożyskowania wynosi do kilku tysięcy godzin i
zależy od warunków eksploatacji.
Praca łożyska polega na ślizganiu się gładkiej powierzchni stalowego wałka
wirnika po porowatej powierzchni znacznie bardziej miękkiej panewki. Tuż
po rozruchu silnika obie te powierzchnie są prawie suche. Skutkiem tarcia
wydziela się dużo ciepła. Ciepło powoduje nagrzewanie panewki i
rozszerzanie się objętościowe oleju, jakim jest ona nasączona. Olej
wypływa z por na powierzchnię tarcia smarując ją. Tarcie z suchego
zmienia się w półsuche, a następnie w płynne. Opory ruchu spadają, a wraz
z nimi zużycie powierzchni trących. Przez cały czas pracy łożysko jest
smarowane. Po zatrzymaniu maszyny ułożyskowanie stygnie i olej jest
ponownie wciągany kapilarnie przez pory panewki. Proces powtarza się po
każdym rozruchu i zatrzymaniu wirnika. Niestety smar na powierzchni
tarcia ulega starzeniu. Jest wiele czynników tego procesu: utlenianie w
podwyższonej temperaturze, przyklejanie drobin pyłu z otoczenia silnika, a
także produktów zużycia samego łożyska. Zanieczyszczenia są
katalizatorami utleniania, wydatnie przyśpieszając ten szkodliwy dla
łożyska proces. Dodatkowymi czynnikami przyspieszającymi zużycie mogą
być:
� niska temperatura otoczenia,
� nadmierne obciążenie wałka siłami poprzecznymi,
� zbyt wysoka prędkość obrotowa skutkiem podwyższenia napięcia
zasilania,
� nadmierny luz w ułożyskowaniu.
Eksploatacja mikrosilnika w niskich temperaturach powoduje zakłócenie opisanego
mechanizmu smarowania. Olej gęstnieje, a zimne panewki nie umożliwiają jego
wypływu na powierzchnie tarcia. Czas tarcia suchego wydłuża się, a z nim zużycie
panewek.
5 of 7 2010-06-08 12:00
Poradnik http://www.automatykaonline.pl/poradnik/artykuly.php?id=60
Zbyt duże obciążenie siłami poprzecznymi przyłożonymi do wałka mikrosilnika
powoduje przerywanie filmu olejowego i wymusza lokalne tarcie suche ze
wszystkimi jego negatywnymi skutkami. Tarcie suche przy dużych naciskach
powierzchniowych wywołuje dodatkowo deformacje krawędzi por i ich zamykanie -
"zawalcowanie". Skutkiem tego zjawiska olej nie cofa się do panewki, tylko
pozostaje w ułożyskowaniu, skąd może być wciągany bezpowrotnie do wnętrza
mikrosilnika, lub wyrzucany na zewnątrz podczas nagrzewania się i stygnięcia
maszyny.
Nadmierna prędkość obrotowa znacznie przewyższająca znamionową zalecaną przez
producenta ma miejsce przy podwyższonym napięciu zasilania mikrosilnika.
Powiększenie napięcia zasilania powoduje liniowe zwiększenie prędkości obrotowej
wirnika (rys 8).
Rys. 8. Zależność prędkości obrotowej wirnika mikrosilnika prądu stałego od
obciążenia. Parametrem jest napięcie zasilające mikrosilnik
Wałek wirnika wpada w wibracje pod wpływem uwidaczniających się
skutków niedoskonałego wyważenia dynamicznego1) rwąc film olejowy przy
uderzeniach o panewki. Migracji i rozpylaniu drobin oleju sprzyja luz
między panewką a wałkiem, powiększony skutkiem zużycia.
Nadmierny luz powstaje w wyniku zużywania się panewek, gdyż wałek
zwykle jest znacznie twardszy i bardziej odporny na ścieranie. Przy dużym
luzie rozruchowi silnika może towarzyszyć obtaczanie się wałka wewnątrz
panewki lub wtaczanie na nią i ześlizgiwanie. Oś geometryczna wirnika
zmienia swoje położenie z dużą częstotliwością. Drgania są bardzo
charakterystyczne i hałaśliwe. Przy dużych luzach silnik nie nadaje się już
do eksploatacji i powinien zostać wymieniony na nowy.
Zużycie łożysk tocznych
A
ożyska toczne są stosowanie w mikrosilnikach w następujących
przypadkach:
� gdy konstruktorowi zależy na uzyskaniu bardzo małych oporów w czasie
pracy, zwłaszcza podczas rozruchu;
� przy zmiennych prędkościach obrotowych wałka;
� gdy wymagana jest duża niezawodność pracy i duża trwałość
ułożyskowania.
Typowym przykładem są mikrosilniki prądu stałego komutowane
elektronicznie, służące do napędu dysków twardych komputerów. Od
trwałości ułożyskowania zależy czas bezawaryjnej pracy pamięci masowej.
Wartość danych zgromadzonych w takiej pamięci jest większa od kosztu
urządzenia dwa lub nawet trzy rzędy wielkości. Dlatego żaden z
producentów nie aplikuje tam tanich, ale nietrwałych łożysk ślizgowych.
Ułożyskowania toczne są znacznie droższe od ślizgowych i wymagają więcej
miejsca do zabudowy. Trwałość takich łożysk, zwykle obustronnie
uszczelnianych i fabrycznie smarowanych jest w praktyce nieograniczona.
Wynosi dziesiątki lub nawet setki tysięcy godzin. Zużycie moralne
urządzenia ma miejsce szybciej niż jego zużycie fizyczne i dlatego
ułożyskowania toczne nie stanowią istotnego czynnika ograniczającego
trwałość mikromaszyn.
Podsumowanie
Opisane powyżej procesy zużywania się mikrosilników mogą prowadzić do
wrażenia, że silniki te są mało trwałe i awaryjne. Opinia taka nie jest na
szczęście zgodna z obserwowaną rzeczywistością głownie dlatego, że
większość mikromaszyn została starannie dobrana do napędzanego
mechanizmu i nie jest przeciążana. Dwa główne powody przedwczesnego
zużycia to przeciążenie i za duże napięcie zasilania. Jako trzeci czynnik
szybkiego zużywania się mikrosilników komutatorowych należy wskazać
reżim pracy rewersyjnej z częstą zmianą kierunku wirowania.
Od kilku lat w katalogach producentów pojawiają się wykresy ilustrujące
wpływ podwyższonego napięcia zasilania silnika na trwałość. Dane te są na
ogół mało precyzyjne i wskazują tylko na pewne ogólne zależności. Firma
Faulhaber opublikowała wykres z konkretnymi danymi ilościowymi. Na rys.
9 posłużono się tymi danymi. Wykres przedstawia charakterystykę
trwałości przebadanego przez producenta mikrosilnika. Ma on w punkcie
pracy prędkość obrotową 8000 obr./min, a jego trwałość wynosi ok. 2 300
godzin.
_________________________________
1)
Wyważenie dynamiczne polega na takim rozmieszczeniu mas wirnika,
aby jego główna oś bezwładności pokrywała się z osią obrotu.
6 of 7 2010-06-08 12:00
Poradnik http://www.automatykaonline.pl/poradnik/artykuly.php?id=60
Rys. 9. Zależność trwałości mikrosilnika od prędkości obrotowej
wirnika wg [7]
Podwojenie prędkości obrotowej (metodą podwojenia napięcia zasilania)
skraca żywotność silnika aż czterokrotnie, zaś dwukrotne obniżenie
napięcia wydłuża trwałość godzinową ponad 2 razy. Przy dwukrotnie
mniejszej prędkości obrotowej oznacza to jednak w przybliżeniu tę samą
liczbę obrotów. (Na prawo od znamionowego punktu pracy charakterystyka
jest tylko nieznacznie krzywoliniowa.)
Przedwczesne zużycie poprawnie zasilanych i nie przeciążanych
mikrosilników jest stanowi dziś istotnego problemu technicznego.
Literatura
1. Mikrosilniki elektryczne. Badanie właściwości statycznych i dynamicznych.
Praca zbiorowa
pod. red. W. Jaszczuka. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa,
1991
2. Buschmann H., Jung R.: Funktionsorientierte Systematik elektrischer
Kleinmotoren.
Feinwerktechnik & Messtechnik. 1983, nr 7, s. 345-350
3. Sochocki R., Życki Z.: Maszyny elektryczne małej mocy. Warszawa, WNT
1978
4. Przewodnik SI. Międzynarodowy Układ Jednostek Miar. Polski Komitet
Normalizacyjny,
Warszawa 2003
5. Heyraud M.: Reliability and Life of DC Motors: the new REE System.
Portescap, La Chaux
de Fonds. Szwajcaria
6. Konstrukcja przyrządów i urządzeń precyzyjnych. Praca zbiorowa.
Wydawnictwa
Naukowo-Techniczne. Warszawa 1996
7. Miniature Drive Systems. Dr. Fritz Faulhaber GmbH &Co. KG
8. The CLL Concept: A New Drive Generation. Maxon Motor GmbH,
M�nchen
9. Motion Solutions. Escap product catalogue. Portescap, La Chaux
de Fonds. Szwajcaria
dr inż. Witold Jaszczuk
Instytut Mikromechaniki i Fotoniki
Politechnika Warszawska
Aktualizacja: 2005-01-12; artykuł został przeczytany 23593 razy.
Copyright � 2009 AutomatykaOnLine Reklama Kontakt
7 of 7 2010-06-08 12:00