Wykorzystanie silników BLDC do mechanizmów o niskich prędkościach obrotowych*

Silniki prądu stałego bezszczotkowe (BLDC) są coraz częściej wykorzystywane w różnych zastosowaniach, w szczególności do napędzania mechanizmów o niskiej prędkości obrotowej, takich jak silniki kołowe.

Jednakże, aby uzyskać wysoki moment obrotowy przy tych niskich prędkościach, często niezbędna jest integracja reduktora.

Ten artykuł przedstawia rolę reduktorów, ich główne typy oraz podstawy obliczeń niezbędne do optymalizacji wykorzystania silników BLDC w tym kontekście.

1. Niska prędkość i wysoki moment obrotowy: znaczenie reduktora

Reduktory odgrywają kluczową rolę w przekształcaniu prędkości obrotowej silnika w dostępny moment obrotowy na wyjściu.

Pozwalają na zwielokrotnienie przekazywanego momentu obrotowego na koło lub wał wyjściowy, co jest kluczowe w zastosowaniach wymagających dużej siły przy niskiej prędkości (roboty mobilne, napędy bezpośrednie, precyzyjne napędy itp.).

Obliczanie przełożenia reduktora

Przełożenie reduktora R definiuje się następująco:

\(R = \frac{n_{silnika}}{n_{wyjścia}}\)

gdzie:

\(n_{wyjścia}\) : prędkość obrotowa silnika (obr/min)
\(n_{silnika}\) : prędkość obrotowa na wyjściu z reduktora (obr/min)

Moment obrotowy na wyjściu jest wtedy dany przez relację:

\(T_{wyjścia} = T_{silnika} \times R \times \eta_{trans} \)

gdzie:

\(T_{silnika}\) : nominalny moment obrotowy silnika
\(R\) : przełożenie reduktora
\(\eta_{trans}\) : całkowita sprawność systemu transmisji

Ta formuła pokazuje, że moment obrotowy na wyjściu rośnie proporcjonalnie do przełożenia reduktora, biorąc pod uwagę straty mechaniczne (tarcie, luzy, odkształcenia itp.).

2. Szczególny przypadek silnika kołowego

W zastosowaniu silnika kołowego reduktor nie tylko dostosowuje prędkość:

on również wspiera obciążenia promieniowe i osiowe generowane przez ciężar pojazdu i siły dynamiczne.

Tak więc:

dobór łożysk musi być starannie przeprowadzony,
sztywność mechaniczna reduktora musi zapewniać dobrą odporność na wstrząsy,
a szczelność jest często kluczowym kryterium niezawodności (środowisko zewnętrzne, kurz, wilgoć itp.).

3. Rodzaje reduktorów odpowiednich dla silników BLDC

Rodzaj reduktora	Zalety	Wady	Typowe zastosowania
Ślimakowy	Wysokie przełożenie, kompaktowość	Niska sprawność, możliwe przegrzewanie	Drzwi z napędem, siłowniki
Planetarny	Doskonała kompaktowość, dobra sprawność, wysoka wytrzymałość	Wyższy koszt, konieczny precyzyjny montaż	Silniki kołowe, roboty, AGV
Z prostymi zębami	Prostota, dobra sprawność	Hałas, zajmowanie miejsca	Maszyny narzędziowe, stałe napędy
Pasowy	Elastyczność pozycjonowania, tłumienie wstrząsów	Możliwe poślizgi, regularna konserwacja	Przenośniki, elastyczne napędy

4. Bezpieczeństwo i utrzymanie w przypadku przerwy w zasilaniu

Dla systemów, w których pozycja musi być utrzymana na postoju, zaleca się użycie hamulca na brak prądu.

Ten typ hamulca, często sprężynowy, zwalnia się tylko pod napięciem (za pomocą elektromagnesu).

Zalety:

Zwiększone bezpieczeństwo w przypadku przerwy w zasilaniu
Mechaniczne utrzymanie systemu na zboczu lub w stałej pozycji
Ochrona przed niezamierzonymi ruchami

To urządzenie jest szczególnie przydatne w aplikacjach mobilnych, windach lub każdym systemie wymagającym bezpiecznego zatrzymania.

5. Wniosek

Wykorzystanie silników BLDC do mechanizmów o niskich prędkościach obrotowych stanowi wydajne i niezawodne rozwiązanie.

Dodanie odpowiednio dobranego reduktora pozwala na:

maksymalizację dostępnego momentu obrotowego,
optymalizację całkowitej sprawności,
oraz zapewnienie bezpieczeństwa i trwałości systemu.

Wybierając odpowiedni typ reduktora i przeprowadzając odpowiednie obliczenia, można zaprojektować wydajne napędy, które dokładnie spełniają wymagania każdej aplikacji.

*: Informacje techniczne przedstawione w tym artykule są podane w celach informacyjnych. Nie zastępują one oficjalnych instrukcji producentów. Przed instalacją, obsługą lub użytkowaniem należy zapoznać się z dokumentacją produktu i przestrzegać zasad bezpieczeństwa. Strona Torque.works nie ponosi odpowiedzialności za niewłaściwe użycie lub błędną interpretację podanych informacji.