Vấn đề về servo công nghiệp là tính nhất quán chứ không phải hiệu suất cao nhất
Động cơ UAV được chỉ định cho lực đẩy cực đại. Các khớp robot hình người được chỉ định cho mô-men xoắn cực đại. Động cơ servo công nghiệp được chỉ định cho những yêu cầu khắt khe hơn: công suất mô-men xoắn nhất quán, có thể dự đoán được trên mười triệu chu kỳ, ở nhiệt độ định mức, với cùng hiệu suất ở chu kỳ một cũng như ở chu kỳ mười triệu.
Yêu cầu đó thay đổi hoàn toàn logic lựa chọn nam châm. Một động cơ UAV bị mất 2% mật độ từ thông sau một mùa đua là một bất tiện nhỏ. Một servo công nghiệp trên dây chuyền lắp ráp chính xác bị mất 2% hằng số mô-men xoắn trong sáu tháng của ca sản xuất gây ra các bộ phận bị loại bỏ, thời gian dừng hiệu chuẩn lại và yêu cầu bảo hành. Hậu quả kinh tế của việc khử từ dần dần trong các ứng dụng servo công nghiệp không tỷ lệ thuận với tổn thất từ thông - chúng tỷ lệ thuận với giá trị sản xuất của quá trình điều khiển động cơ.
Đây là điều làm cho việc lựa chọn nam châm động cơ servo công nghiệp trở nên khác biệt và tại sao việc chọn loại từ tham chiếu UAV hoặc động cơ tiêu dùng lại là điểm khởi đầu sai lầm.
1. Tại sao Động lực nhiệt trong chu trình làm việc là biến số thiết kế cốt lõi
Động cơ servo công nghiệp trong gia công CNC, hàn robot và tự động hóa gắp và đặt chạy theo chu kỳ làm việc tập trung nhiệt theo các mẫu cụ thể. Một servo trên trục chính của máy công cụ có thể chạy liên tục ở mức 70% mô-men xoắn định mức trong ca 6 giờ. Một servo trên cánh tay gắp và đặt chạy ở mô-men xoắn cực đại trong 80 mili giây, sau đó giảm xuống gần 0 trong 120 mili giây, lặp lại ở tần số 5 Hz trong 16 giờ mỗi ngày.
Nhiệt độ cuộn dây ở trạng thái ổn định trong ứng dụng trục chính có thể dự đoán được từ dòng điện định mức và điện trở nhiệt. Trong ứng dụng chọn và đặt, chu kỳ nhiệt độ cuộn dây và hằng số thời gian nhiệt của cụm nam châm - thường là 45–90 giây đối với servo khung 60–100mm - có nghĩa là nhiệt độ nam châm không theo dõi nhiệt độ cuộn dây tức thời. Nó theo dõi một đường trung bình động có độ trễ. Trong chu kỳ hoạt động nhanh với dòng điện cực đại cao, nam châm có thể đạt nhiệt độ cao hơn 25–40 độ so với nhiệt độ dự đoán của mô hình nhiệt ở trạng thái ổn định ở dòng điện trung bình.
Việc chỉ định cấp nam châm từ dòng điện trung bình là sai. Chỉ định từ nhiệm vụ dòng điện cực đại ở hằng số thời gian nhiệt của cụm nam châm. Đối với hầu hết các ứng dụng servo công nghiệp trong phạm vi 1–10 kW, điều này có nghĩa là nhiệt độ thiết kế nam châm hiệu dụng là 100–140 độ, không phải giới hạn cuộn dây 80 độ xuất hiện trên bảng dữ liệu động cơ.
2. Cấp nhiệt IEC và ý nghĩa thực sự của nam châm
Động cơ servo công nghiệp được xếp hạng theo cấp nhiệt IEC - Loại F (giới hạn cuộn dây 155 độ), Loại H (180 độ), Loại C (trên 200 độ). Những đánh giá này áp dụng cho cách điện cuộn dây, không áp dụng cho nam châm. Nhiệt độ nam châm trong động cơ được thiết kế tốt với hệ thống làm mát bên trong thấp hơn 30–60 độ so với nhiệt độ cuộn dây ở tải định mức, nhưng trong động cơ hoạt động trên công suất định mức hoặc với khả năng làm mát kém, khe hở sẽ thu hẹp lại.
Ánh xạ thực tế giữa lớp nhiệt động cơ và hậu tố cấp nam châm:
| Lớp nhiệt động cơ | Nhiệt độ nam châm tối đa điển hình | Hậu tố lớp tối thiểu | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Loại F, làm mát cưỡng bức | 80–100 độ | H | Hậu tố H cung cấp lợi nhuận; Hậu tố N cận biên trừ khi điểm vận hành bảo toàn |
| Loại F, tự làm mát | 100–120 độ | H đến SH | SH được ưu tiên cho các ứng dụng hoạt động liên tục; H chấp nhận được với mô hình nhiệt đã được xác minh |
| Loại H, làm mát cưỡng bức | 100–130 độ | SH | đường cơ sở SH; EH cho động cơ gần dòng điện định mức ở nhiệt độ nam châm 130 độ |
| Lớp H, tự làm mát | 120–150 độ | EH | EH hoặc AH; xác minh đường cong BH ở nhiệt độ vận hành - bảng dữ liệu của nhà sản xuất thường không đầy đủ |
| Loại C/đặc sản | 150–200 độ | SmCo hoặc AH NdFeB | Duy trì trên 150 độ, SmCo là câu trả lời đúng; Cấp NdFeB AH tồn tại nhưng SmCo ổn định hơn |
3. Vấn đề tích lũy khử từ trong các ứng dụng chu kỳ dài
Trong một động cơ servo chạy 5.000 giờ mỗi năm trên dây chuyền sản xuất, nam châm trải qua khoảng 90 triệu chu kỳ điện ở cấu hình 14 cặp cực và tốc độ định mức 1.500 vòng/phút. Mỗi chu kỳ trong đó điểm vận hành giảm xuống dưới đầu gối BH - thậm chí trong thời gian ngắn, thậm chí ở một mức nhỏ - đều gây ra một tổn thất từ thông nhỏ không thể đảo ngược.
Vấn đề không phải là sự kiện cá nhân. Đó là sự tích lũy. Một nam châm mất 0,05% Br trong 1.000 giờ hoạt động đã mất 0,25% sau một năm. Điều đó nghe có vẻ không đáng kể. Trong một servo có độ chính xác cao trên máy liên kết bán dẫn, độ lệch mô-men xoắn không đổi 0,25% đòi hỏi phải hiệu chỉnh lại vòng điều khiển lực. Việc hiệu chỉnh lại trên máy liên kết sẽ khiến công cụ ngoại tuyến trong 2–4 giờ. Ở cơ sở hoạt động 24/7, điều này xảy ra hai lần một năm cho mỗi máy. Chi phí cho thời gian ngừng hoạt động đó vượt xa chi phí xác định cấp độ cưỡng chế cao hơn tiếp theo ở giai đoạn thiết kế.
Cách tiếp cận thông số kỹ thuật chính xác: tính toán Hcj tối thiểu cần thiết để giữ điểm vận hành cao hơn điểm uốn BH 20% ở nhiệt độ nam châm dự kiến tối đa và dòng khử từ tối đa. Sau đó thêm một hậu tố cấp trên mức tối thiểu đó. Chi phí gia tăng là nhỏ. Độ tin cậy gia tăng có thể đo lường được.
4. Lựa chọn cấp độ bằng ứng dụng servo công nghiệp
| Ứng dụng | Chu kỳ nhiệm vụ | Nhiệt độ nam châm tối đa | Lớp đề xuất | Cơ sở lý luận |
|---|---|---|---|---|
| Trung tâm gia công CNC (trục chính servo) | Liên tục 60–80% | 100–120 độ | N42SH–N45SH | Chạy dài liên tục; SH thiết yếu; cấp BHmax thấp hơn có thể chấp nhận được nếu mật độ mô-men xoắn cho phép |
| servo trục CNC (bộ dẫn động cấp liệu) | Chu kỳ, 30–60% | 80–110 độ | N45H–N48H | Không liên tục; H đủ với phân tích biên độ dòng điện đỉnh thích hợp |
| Khớp robot công nghiệp (cánh tay 6 trục) | Chu kỳ, 40–70% | 90–120 độ | N42SH–N45SH | Tương tự như trục chính CNC; đối lưu giới hạn nhà ở chung |
| Gắp và đặt / SCARA | Chu kỳ tần số cao | 80–110 độ | N45H–N48H | Dòng điện cực đại cao nhưng ngắn; xác minh biên độ khử từ ở dòng điện cực đại |
| Chất bán dẫn/lắp ráp điện tử | Chu kỳ chính xác | 60–90 độ | N48SH–N50SH | Nhiệt độ thấp nhưng độ chính xác đòi hỏi độ trôi từ thông bằng không; SH cung cấp biên độ ổn định lâu dài |
| Máy đùn/cuộn dây | Liên tục gần đánh giá | 110–140 độ | N42EH–N45EH hoặc SmCo | Gần dòng định mức trong nhiều giờ; EH hoặc SmCo tùy thuộc vào nhiệt độ chính xác |
5. Bạn phải tốn bao nhiêu chi phí từ các nhà cung cấp riêng biệt khi thiết kế lại servo
Chu kỳ thiết kế động cơ servo công nghiệp dài - 12–24 tháng kể từ thông số kỹ thuật ban đầu đến sản xuất đủ tiêu chuẩn. Hình dạng nam châm được cố định ở lần xây dựng nguyên mẫu đầu tiên. Nếu nam châm và các lớp rôto đến từ các nhà cung cấp khác nhau, thì bất kỳ thay đổi hình học nào - và sẽ có những thay đổi về hình học trong quá trình phát triển - đều yêu cầu phải hợp tác lại với hai nhà cung cấp, hai thời gian thực hiện và hai bộ giấy tờ kiểm tra bài viết đầu tiên.
Trong thực tế, hầu hết các nhóm phát triển servo đều trải qua 3–5 lần lặp hình học nam châm từ nguyên mẫu đầu tiên đến khi đưa vào sản xuất. Mỗi lần lặp lại yêu cầu công cụ riêng biệt tại một nhà cung cấp nam châm riêng sẽ cộng thêm 4–8 tuần vào lịch trình và loại bỏ khả năng đồng tối ưu hóa hình dạng hồ quang nam châm và khe cán màng với nhau. Ngân sách dung sai khe hở không khí, xác định trực tiếp độ gợn sóng và độ co ngót của mô-men xoắn, sẽ dễ dàng nắm giữ hơn nhiều khi cả hai bộ phận đều được thiết kế và sản xuất có tính đến dung sai của nhau ngay từ đầu.
6. Danh sách kiểm tra thông số kỹ thuật cho nam châm servo công nghiệp
- ☐ Tính toán trường khử từ cực đại ở dòng điện thoáng qua tối đa, không phải dòng điện định mức
- ☐ Xác định nhiệt độ nam châm hiệu dụng bằng mô hình hằng số thời gian nhiệt, không phải mô hình dòng điện trung bình ở trạng thái ổn định
- ☐ Chọn hậu tố cấp có biên độ 20% Hcj trên đầu gối BH ở nhiệt độ nam châm tối đa
- ☐ Add one suffix above calculated minimum for long-cycle applications (>5.000 giờ/năm)
- ☐ Yêu cầu đường cong BH từ vật liệu sản xuất ở 20 độ, 100 độ và 150 độ - không phải các giá trị điển hình của bảng dữ liệu
- ☐ Chỉ định yêu cầu về độ đồng đều của mật độ từ thông: ±1,5% đối với servo chính xác; ± 2,5% cho công nghiệp tiêu chuẩn
- ☐ Đối với các ứng dụng duy trì ở nhiệt độ trên 130 độ: hãy đánh giá SmCo trước khi cam kết đạt cấp độ NdFeB EH/AH
- ☐ Xác nhận nhà cung cấp nam châm có thể cung cấp hình dạng đoạn cung phù hợp cho bản vẽ cán rôto của bạn
HIMAGNET cung cấp nam châm phân đoạn hồ quang cho động cơ servo công nghiệp với sự phối hợp cán phù hợp, dữ liệu BH sản xuất ở nhiệt độ vận hành và hỗ trợ kỹ thuật thông qua quy trình thiết kế đến chất lượng. Để được hỗ trợ lựa chọn cấp độ trên ứng dụng servo của bạn,liên hệ với nhóm kỹ thuật của chúng tôivới chu kỳ làm việc, cấp nhiệt và hình dạng rôto của bạn.
