Il-Problema Li Jidher b'Veloċità Baxxa
It-torque tal-cogging huwa t-tmewwiġ perjodiku tat-torque li jseħħ f'muturi b'kalamita permanenti anke meta ma jkun qed jiċċirkola l-ebda kurrent. Jiġi mill-interazzjoni bejn il-kalamiti tar-rotor u s-snien tal-istator - il-fluss tal-kalamita jrid jallinja mal-mogħdija ta 'riluttanza l-aktar baxxa, li jfisser li trid tallinja ma' sinna tal-istator aktar milli slot. Hekk kif ir-rotor idur, il-fluss jallinja u jallinja b'mod ħażin ma 'snien suċċessivi, u jipproduċi forma ta' mewġa tat-torque b'qċaċet u widien fi frekwenza determinata mill-għadd tal-arblu u l-islott.
Għall-biċċa l-kbira tal-applikazzjonijiet, it-torque tal-cogging huwa inkonvenjent minuri. Għal sistemi servo ta 'preċiżjoni, muturi ta' sewqan dirett, u ġonot robot li jeħtieġu moviment bla xkiel b'veloċitajiet baxxi, huwa restrizzjoni primarja tad-disinn. Driegħ ta 'robot kollaborattiv li jiċċaqlaq f'5 RPM permezz ta' operazzjoni ta 'assemblaġġ ta' preċiżjoni jagħmel kull quċċata tat-torque cogging viżibbli bħala tmewwiġ tal-veloċità fl-iżball tal-pożizzjoni - u dak l-immewweġ tal-veloċità jidher bħala żball dimensjonali fi kwalunkwe r-robot ikun qed jassembla.
Dan l-artikolu jkopri x'jikkawża t-torque tal-cogging, kif titkejjel, u liema approċċi tad-disinn tal-kalamita fil-fatt inaqqsuh kontra dawk li jċaqalqu biss il-problema.
1. X'Issettja l-Frekwenza u l-Amplitudità tal-Cogging
Il-frekwenza tat-torque tal-cogging hija ddeterminata mill-inqas multiplu komuni (LCM) tal-għadd tal-arbli u l-għadd tal-islott. Mutur b'10 arbli, 12-il slot għandu LCM(10, 12)=60, għalhekk hemm 60 cogging torque peaks għal kull revoluzzjoni. Mutur b'10 arbli, 15-il slot għandu LCM(10, 15)=30, għalhekk hemm biss 30 quċċata għal kull revoluzzjoni. LCM ogħla tfisser aktar qċaċet għal kull rivoluzzjoni f'amplitudni aktar baxxa kull wieħed - l-enerġija totali fil-forma tal-mewġ cogging hija bejn wieħed u ieħor kostanti, iżda titqassam f'qċaċet aktar u iżgħar.
Huwa għalhekk li l-konfigurazzjonijiet tal-istralċ ta 'slot frazzjonali - fejn il-proporzjon ta' slot-per-pole-per-phase mhuwiex numru sħiħ - huma popolari f'applikazzjonijiet servo b'sewqan dirett u b'veloċità baxxa. Konfigurazzjoni ta '10 arbli, 12-il slot (0.4 slots għal kull arblu għal kull fażi) għandha LCM ogħla minn konfigurazzjoni ta' 10 arbli, 9 slots (0.3 slots għal kull arblu għal kull fażi), li tfisser amplitudni ta 'cogging aktar baxxa għal kull ċiklu bi spiża ta' frekwenza ogħla.
L-amplitudni tal-cogging hija ddeterminata mid-densità tal-fluss tal-kalamita, il-proporzjon tal-kalamita ark-to-pole-pitch, it-tul tal-vojt tal-arja, u l-ġeometrija tal-islott tal-istator. Minn dawn, il-proporzjon tal-ark tal-kalamita huwa dak li l-fornitur tal-kalamita jista 'jikkontrolla. L-oħrajn huma ffissati mid-disinn tal-laminazzjoni tal-mutur.
2. Il-Proporzjon tal-Ark tal-Kalamita: L-Uniku Parametru tal-Kalamita Li Jaffettwa Direttament il-Cogging
Għal mutur tal-kalamita immuntat fuq il-wiċċ, hemm proporzjon ottimali tal-ark tal-kalamita - il-proporzjon tat-tul tal-ark tal-kalamita għal żift tal-arblu - li jimminimizza t-torque tal-cogging. Dan l-aħjar jeżisti minħabba li t-torque tal-cogging huwa relatat mad-derivattiv tal-enerġija manjetika totali tal-vojt tal-arja fir-rigward tal-pożizzjoni tar-rotor, u d-derivattiv jgħaddi minn żero fi proporzjonijiet tal-ark speċifiċi.
Għal mutur ta '10 arbli, 12-il slot b'ftuħ tipiku ta' slot ta 'stator ta' 2–3mm f'bore ta 'stator ta' 80mm, il-proporzjon tal-ark tal-kalamita li jimminimizza l-cogging huwa ta 'madwar 0.833 (ħames sitti tal-pitch tal-arblu). L-użu ta' proporzjon ta' ark ta' 0.75 - żift ta' arblu sħiħ nieqes żift ta' slot wieħed - jipproduċi wkoll cogging kważi żero għal din il-kombinazzjoni. L-aħjar eżatt jiddependi fuq il-wisa 'tal-ftuħ tas-slot u t-tul tal-vojt tal-arja; hija meħtieġa simulazzjoni bil-ġeometrija attwali tal-laminazzjoni għal ottimizzazzjoni preċiża.
X'inhu l-proporzjon ta 'l-ark ma jistax jiffissa: jekk il-ftuħ ta' l-islott tal-laminazzjoni huwa wiesa 'b'relazzjoni mal-pitch tal-kalamita, il-cogging se jkun għoli irrispettivament mill-proporzjon ta' l-ark. Fetħiet wiesgħa ta 'slots jikkawżaw varjazzjoni kbira ta' riluttanza hekk kif ir-rotor idur. Il-kalamita tara "bump" kull darba li tgħaddi slot. L-ebda ottimizzazzjoni tal-proporzjon tal-ark ma telimina dan jekk il-ftuħ tal-islott ikun aktar minn madwar 20% tal-pitch tal-islott.
3. Skewing: Effettiva iżda għalja
Axial skewing - iddawwar il-kalamita jew il-laminazzjonijiet tal-istator b'pitch wieħed ta 'slot tul id-direzzjoni assjali - huwa l-aktar metodu affidabbli biex jitnaqqas it-torque tal-cogging. Meta l-kalamita tkun distorta minn żift wieħed ta 'slot, il-qċaċet tal-cogging f'kull pożizzjoni axjali huma mċaqalqa b'fażi relattiva għal xulxin, u l-qċaċet jikkanċellaw meta jingħaddu axjalment. Fit-teorija, skewing perfett b'eżatt wieħed slot pitch inaqqas cogging għal żero. Fil-prattika, il-varjazzjoni tal-manifattura fl-angolu ta 'skew tħalli cogging residwu f'10-20% tal-valur mhux skew.
L-ispiża ta 'skewing hija reali. Kalamiti skewed huma aktar għaljin għall-manifattura - il-ġeometrija angolata teħtieġ attrezzaturi tad-dwana u żżid l-iskart tal-materjal. Laminazzjonijiet assjali skewed jeħtieġu munzell laminazzjoni mdawra li huwa aktar diffiċli biex jinġabru u jżid it-tul tal-mutur ftit. L-aktar kompromess komuni huwa step-skewing: bl-użu ta 'żewġ jew tliet segmenti ta' kalamita assjali għal kull arblu, kull wieħed imċaqlaq bi frazzjoni taż-żift tal-islott. Il-pass skewing b'żewġ segmenti jikseb madwar 70% tnaqqis tal-cogging meta mqabbel ma 'unskewed; tliet segmenti jikseb 85-90%.
Għal mutur ta 'tul assjali ta' 60mm, iż-żewġ segmenti step-skewing ifisser li kull segment ta 'kalamita huwa twil 30mm b'offset angolari ta' 1/2 slot pitch bejniethom. Fi 12-il slot u dijametru ta 'bore ta' 80mm, pitch ta 'slot wieħed huwa tul ta' ark ta '20.9mm, jew madwar 9.4 grad fil-wiċċ tar-rotor. L-offset angolari bejn is-segmenti huwa għalhekk 4.7 gradi. Dan jista 'jinkiseb b'attrezzaturi ta' magnetizing standard u ma jeħtieġx ġeometrija ta 'kalamita mhux tas-soltu.
4. Magnet Edge Chamfering u Pole Arc Shaping
Iċ-ċanfrin tat-truf tal-kalamita - tnaqqis tal-ħxuna radjali ħdejn it-truf tal-kalamita - jipproduċi distribuzzjoni tad-densità tal-fluss radjali sinusojdali aktar milli waħda trapezojdali. Dan inaqqas il-kontenut armoniku kemm tad-back-EMF kif ukoll tat-torque cogging simultanjament.
L-effett kwantitattiv jiddependi fuq il-fond taċ-ċanfrin relattiv għall-ħxuna tal-kalamita. Fond taċ-ċanfrin ugwali għal 20% tal-ħxuna radjali tal-kalamita inaqqas l-amplitudni tal-cogging b'35-50% meta mqabbel ma 'kalamita b'wiċċ ċatt, filwaqt li jnaqqas back-EMF fundamentali b'3-5% biss. Il-kompromess huwa favorevoli meta l-għan tad-disinn huwa cogging baxx u kwalità aċċettabbli tal-forma tal-mewġ back-EMF.
It-tiswir tal-ark tal-arblu - li tvarja l-vojt tal-arja tul l-ark tal-kalamita billi tuża kalamita b'wiċċ ta 'barra mgħawġa li mhix konċentrika mar-rotor - hija aktar effettiva iżda teħtieġ makkinar aktar preċiż. Il-wiċċ mgħawweġ joħloq varjazzjoni sinusojdali fit-tul tal-vojt tal-arja li jipproduċi distribuzzjoni tad-densità tal-fluss kważi sinusojdali. Flimkien ma 'proporzjon ta' l-ark ottimali, dan jista 'jnaqqas il-cogging għal taħt 0.5% tat-torque nominali mingħajr skewing.
5. Speċifikazzjoni u Kejl tat-Torque Cogging
It-torque tal-cogging huwa speċifikat bħala perċentwal tat-torque nominali. Għal applikazzjonijiet servo industrijali ġenerali, 2-3% huwa aċċettabbli. Għal robots kollaborattivi u sistemi ta' sewqan dirett, 1% hija l-mira tipika. Għall-immaġini mediċi, l-immaniġġjar tas-semikondutturi, u l-ippożizzjonar ottiku ta 'preċiżjoni, 0.3–0.5% huma meħtieġa.
Il-kejl isir billi ddawwar bil-mod ix-xaft tal-mutur (tipikament f'1-5 RPM mingħajr l-ebda kurrent applikat) filwaqt li tkejjel it-torque tax-xaft b'sensor tat-torque ta 'preċiżjoni. It-torque tal-cogging minn peak-to-peak fuq ċiklu elettriku wieħed huwa l-valur rapportat. Il-kejl għandu jsir b'veloċità bil-mod biżżejjed li l-effetti inerzjali jkunu negliġibbli - f'5 RPM, għal mutur b'inerzja tar-rotor ta '50g·cm², it-torque tal-inerzja bi frekwenza elettrika ta' 1 Hz huwa inqas minn 0.01 N·m, li huwa negliġibbli meta mqabbel ma 'mutur tat-torque nominali ta' 0.1 N·m.
Meta tispeċifika r-rekwiżiti tat-torque tal-cogging lil fornitur tal-kalamita, ipprovdi: għadd tal-arbli, għadd ta 'slots, proporzjon tal-ark tal-kalamita, tul tal-vojt tal-arja, u cogging fil-mira bħala perċentwal tat-torque nominali. Il-fornitur jista 'jikkonferma jekk il-ġeometrija tal-kalamita hijiex kompatibbli mal-mira tiegħek, jew jirrakkomanda aġġustamenti tal-proporzjon tal-ark u konfigurazzjonijiet distorti li jiksbuh.
6. Dak li ma jistax jiġi ffissat b'kalamiti waħedhom
It-torque tal-cogging minn fetħiet wiesgħa tal-islott tal-istator ma jistax jiġi ffissat b'disinn tal-kalamita. L-uniċi soluzzjonijiet huma: l-għeluq tal-fetħiet tal-islott b'kunjardi manjetiċi (iżid l-ispiża u l-kumplessità tal-assemblaġġ), bl-użu ta 'disinn ta' laminazzjoni b'fetħiet ta 'slot idjaq (jeħtieġ disinn mill-ġdid tal-laminazzjoni), jew taċċetta l-livell ta' cogging u tuża injezzjoni kurrenti (kumpens attiv ta 'cogging fil-drive) biex tikkanċellah f'operazzjoni ta' ċirku magħluq.
Il-kumpens attiv tal-cogging jaħdem billi jinjetta kmand tat-torque feedforward li huwa l-invers tal-profil imkejjel tat-torque tal-cogging, sinkronizzat mal-pożizzjoni tal-encoder. Dan huwa effettiv u użat ħafna fis-servo drives ta 'prestazzjoni għolja. Ma teliminax il-cogging mill-fiżika tal-mutur - tikkumpensa għaliha elettrikament. L-eżattezza tal-kumpens tiddependi fuq kemm il-profil tal-cogging imkejjel jaqbel mal-mutur attwali, u kwalunkwe varjazzjoni bejn il-muturi tal-produzzjoni teħtieġ kalibrazzjoni individwali.
Għal applikazzjonijiet ta 'preċiżjoni għolja ta' volum baxx, il-kalibrazzjoni individwali hija fattibbli. Għall-produzzjoni tal-volum, iżid l-ispiża u l-kumplessità. Is-soluzzjoni aħjar fit-tul hija li tikseb il-cogging baxx biżżejjed permezz tal-laminazzjoni u d-disinn tal-kalamita li l-kumpens attiv huwa fakultattiv aktar milli meħtieġ.
HIMAGNET jipprovdi kalamiti tas-segment tal-ark b'proporzjonijiet tal-ark ottimizzati, konfigurazzjonijiet ta 'pass skewed, u profili tat-tarf ċanfrin għat-tnaqqis tat-torque cogging. Għal appoġġ għall-analiżi tal-cogging fuq id-disinn tal-mutur tiegħek,ikkuntattja lit-tim tal-inġinerija tagħnabl-għadd tal-arbli tiegħek, l-għadd tal-islott, u l-mira tal-cogging.
