HPIM0830

6. Napędy robolów przemysłowych

6.4.1. Napędy prądu stałego z silnikami komutatorowymi

Stosowane od dawna i dojrzałe w swej konstrukcji silniki prądu stałego z gnesami trwałymi w stojanie, z mechaniczną komutacją prądu w uzwojeniu I wirnika (ze szczotkowym komutatorem), są dość szeroko rozpowszechnione I w scrwonapędach obrabiarek sterowanych numerycznie i robotów przemy. I słowych.

Konstrukcja serwomechanizmowych komutatorowych silników prądu stałego

W robotach są stosowane następujące rodzaje serwomechanizmowych silników I prądu stałego:

-    komutatorowe o stałym wzbudzeniu od magnesów trwałych,

-    szybkoobrotowe z płaskim wirnikiem i wzbudzeniem stałym,

-    wolnoobrotowe, wysokomomentowe, stosowane w napędach bczpo- I średnich.

Silniki komutatorowe o stałym wzbudzeniu od magnesów trwałych [43] 1 - rys. 6.11 cechuje duża bezwładność wirnika i duży moment napędowy. Sil- 1 niki charakteryzują się małymi prędkościami obrotowymi uzyskanymi dzięki §9 dużej liczbie biegunów magnetycznych umieszczonych w stojanie (do 12 par I biegunów). Są to elementy ceramiczne przyklejone do stojana.

Rysunek 6.11y    J.- i g•

Silnik firmy Porter z magnesami trwałymi: a) przekrój wzdłużny, b) stojan z magnesami w przekroju poprzecznym [58]

Ze względu na znaczne wymiary silniki te mają dużą pojemność cieplną, I co pozwala na ich forsowanie prądami 5 +10 razy większymi od nominalnego. I Taki forsujący moment napędowy jest nazwany momentem szczytowym M_K (do- I puszczał na wartość M_tz wynika z niebezpieczeństwa rozmagnesowania magne- I sów w stojanie). Stosunek    nazywa się współczynnikiem K_M przecią- I

cecha dynamiczna serwonapędu; w sil- I 166    MStami trwałymi Km = 5+10.

ifóunek 6V12;,.._; . - -    .

Silnik szybkoobrotowy z płaskim wirnikiem ze wzbudzeniem stałym: a) idea działania, b) kształt uzwojeń [58]

Silniki szybkoobrotowe z płaskim wirnikiem i wzbudzeniem stałym to silniki o stosunkowo małej mocy i dlatego mogą one skutecznie pracować tylko z dużymi prędkościami obrotowymi. Na rysunku 6.12 są przedstawione zasada działania takiego silnika i kształt uzwojeń wirnika.

Taka konstrukcja silnika wynika ze względu na potrzebę uzyskania wielu przewodów poruszających się w polu magnetycznym (gdyby to była pełna tarcza to byłaby ona traktowana jako jeden przewód). Liczba przewodów decyduje o momencie rozwijanym przez silnik. Tarcza (wirnik) jest wykonana z materiału izolacyjnego i po obu jej stronach są naniesione przewody. Łączą się one na zewnętrznej powierzchni walcowej tarczy. Wewnętrzne końce przewodów spełniają funkcję wycinków komutatora współpracując ze szczotkami umieszczonymi na wałku. Wzbudzenie następuje od magnesów trwałych rozmieszczonych równolegle do osi wirników. Silniki te ze względu na mały moment bezwładności wirnika mają bardzo małą stałą czasową, czyli bardzo dobre własności dynamiczne.

Na rysunku 6.13 pokazano budowę wysokomomentowego komutatorowego silnika prądu stałego. Cechą charakterystyczną tego silnika jest nieruchomy pierścień wewnętrzny - stator i obracający się pierścień zewnętrzny - wirnik. Silniki tego typu wytwarzają, jeżeli średnica zewnętrzna wynosi 340 mm, moment obrotowy 130 N • m i mają maksymalną prędkość obrotową 74obr/miiL Można je zatem zastosować do bezpośredniego napędu ramion robota (bez redukującej przekładni mechanicznej).

Do wad napędów elektrycznych z silnikami komutatorowymi należy zaliczyć:

| ograniczoną trwałość szczotek w komutatorach silnika prądu stałego,

| ograniczone wykorzystanie w środowiskach zagrożonych wybuchem,

| występowanie dodatkowych przekładni między silnikiem elektrycznym i elementem wykonawczym robota.

Układy napędowe robotów z silnikami prądu stałego są zawsze układami regulacji automatycznej, a patrząc od strony funkcjonalnej, pracują jako układy regulacji położenia, zwane serwomechanizmami lub serwonapędami.