ACTIONAREA ELECTRICA IN

MECATRONICA SI ROBOTICA

REFERATMOTOARE ELECTRICE

CAPITOLUL 1INTRODUCERE

1.1. Definitie: Un motor electric (sau electromotor) este un dispozitiv electromecanic ce transformă energia electrică în energie mecanică. Transformarea în sens invers, a energiei mecanice în energie electrică, este realizată de un generator electric. Nu există diferențe de principiu semnificative între cele două tipuri de mașini electrice, același dispozitiv putând îndeplini ambele roluri în situații diferite.

( www.wikipedia.com ) Indiferent de tipul motorului, acesta este construit din două părți componente: stator și rotor. Statorul este partea fixă a motorului, în general exterioară, ce include carcasa, bornele de alimentare, armătura feromagnetică statorică și înfășurarea statorică. Rotorul este partea mobilă a motorului, plasată de obicei în interior. Este format dintr-un ax și o armătură rotorică ce susține înfășurarea rotorică. Între stator și rotor există o porțiune de aer numită întrefier ce permite mișcarea rotorului față de stator. Grosimea întrefierului este un indicator important al performanțelor motorului.

( www.wikipedia.com )

1.2. Clasificarea motoarelor electrice:

- Motoare de curent continuu: - asincrone; - sincrone;

- Motoare de curent alternativ;

Clasificare dupa cuplu: - motoare mici pentru operatii special; - motoare medii pentru operatii robotizate; - motoare mari pentru masini-unelte;

( www.google.ro )

2

CAPITOLUL 2MOTOARE DE CURENT CONTINUU CU

MAGNETI PERMANENTI SI PERII COLECTOARE

Motorul de curent continuu a fost inventat în 1873 de Zénobe Gramme prin conectarea unui generator de curent continuu la un generator asemănător. Astfel, a putut observa că maşina se roteşte, realizând conversia energiei electrice absorbite de la generator.

( http://ro.math.wikia.com )

Înfăşurarea rotorică (fig. 1) parcursă de curent va avea una sau mai multe perechi de poli magnetici echivalenţi. Rotorul se deplasează în câmpul magnetic de excitaţie până când polii rotorici se aliniază în dreptul polilor statorici opuşi (fig.2). În acelaşi moment, colectorul schimbă sensul curenţilor rotorici astfel încât polaritatea rotorului se inversează şi rotorul va continua deplasarea până la următoarea aliniere a polilor magnetici.

( http://ro.math.wikia.com )

Fig.1

Fig.2

3

2.1 Motoare de curent continuu cu magneti pernanenti si perii colectoare, cu rotor cilindric:

La acest timp de motoare putem remarca urmatoarele aspect constructive funstionale: - statorul, prevazut cu magneti permanenti din ferita, material ceramice cu cobalt sau material metalice (fig.3); - rotorul, are bobinaje pe un miez format din tole (din material feromanetic) si lamele de conectare a infasurarilor prin perii colectoare(fig.3); - periile colectoare, (din grafit), sunt fixate in stator, prin intermediul unor suporti reglabili(fig.3);

(fig.3)

4

Motoarele de curent continuu cu magneti permanenti si perii colectoare, cu rotor cilindric, se executa in tara in trei familii tipodimensionale codificate prin denumiri distincte.

- “micro motoare de c.c. pentru aplictatii specie” utilizabile doar pentru actionarea lantului cinematic din cadrul sistemelor de orientare a efectorului RI (cuplu sub 0,5Nm);

- “servomotoare de c.c., cu rotor cilindric pentru actionarea RI”, utilizabile pentru aceleasi actionari ca cele descries anterior, sau respective pentru actionarea lantului cinematic din cadrul sistemelor de pozitionare ale RI cu capacitate portanta mica (cuplu de pana la 1,7 Nm);

- “servomotoare de c.c cu rotor cilindric pentru actionarea masinilor-unelte”, utilizabile pentru actionarea lantului cinematic din cadrul sistemelor de pozitionare a efectorului manipulatoarelor si Ri cu comanda secventiala destinati operatiilor de manipulare a unor mase mari sau foarte mari (cuplu intre 11,8 – 220 Nm);

Dezavantaje :- comportarea termica de performanta medie (sau chiar mica);- gabarit axial mare si greutate mai mare decat a altor tipuri de motoare utilizate in actionarea RI;- fiabilitate mica datorita existentei sistemului de comutatie “mecanica” (prin perii colectoare, durata maxima de functionare a sistemului colector-perii fiind de circa 1000 de ore);

Domenii de utilizare: Nu se recomanda utilizarea acestor motoare pentru actionarea robotilor industriali performanti. In cazul in care nu se dispune de altfel de motoare, ele se recomanda a fi utilizate doar pentru actionarea lanturilor cinematice ce permit antrenarea unor sarcini inertiale mari. Actual aceste motoare se intalnesc inca in constructia unor sisteme tehnice caracterizate de performantele medii in exploatare, sau respective cu destinatie de sisteme auxiliare, cum ar fi: - manipulatoare cu comanda secventiala;- componente perirobotice;

5

Firme producatoare: - http://www.ohioelectricmotors.com- http://www.baldor.com- http://www.weg.net- http://www.tecowestinghouse.com

2.2 Motoare de curent continuu cu magneti pernanenti si perii colectoare, cu rotor disc:

Constructia acestor motoare difera in mod essential de cea a motoarelor clasice de curent continuu cu magneti permanenti si perii colectoare, cu rotor cilindric, din acest punct de vedere pentru motoarele de curent continuu cu rotor disc uzuale (fig.4) putand fi remarcate urmatoarele aspect constructive fundamentale:

Fig.4

6

- statorul este prevazut cu magneti permanenti de forma cilindrica, dispusi circular in doua plane perpendiculare pe axa de rotatie a rotorului; - rotorul de tip disc plat (subtire), are infasurarile bobinate plan, lipite pe un miez din material izolator; - la motoarele cu rotor disc, periile sunt amplasate frontal, iar lamelele colectoare sunt dispuse sub forma unor sectoare de coroana circular pe cele doua fete ale rotorului disc;

Motoarele de curent continuu cu magneti permanenti si perii colectoare, cu rotor disc, se executa in tara in trei familii tipodimensionale codificate prin denumiri distincte. - primele doua familii poarta denumirea de “servomotoare de c.c., cu rotor disc pentru actionarea RI”. Ele sunt utilizabile doar pentru actionarea lantului cinematic din cadrul sistemelor de pozitionare ale RI cu capacitate portanta mica-medie; - cea de-a treia familia include “servomotoare de c.c cu rotor disc pentru actionarea masinilor-unelte”;

Dezavantaje: - gabaritul axial total al acestor motoare este mai mare decat cel al corpului motorului propriu-zis;- gabaritul radial al acestor motoare este cu mult mai mare decat cel al motoarelor cu rotor cilindric;- comportarea termica a acostormotoare este de performante medii bune in regim de sarcina frecvent variabila, doar pentru valori mici ale cuplurilor rezistente applicate motorului (la valori mari ale cuplurilor rezistente aparand incalziri excesive ale rotorului disc);

Domenii de utilizare: a) pentru actionarea axelor de rotatie ale RI ca motoare

concentrate pe cuple, in cazul antrenarii unor sarcini inertiale mici motorul fiind cuplat direct la elemental actionat;

b) pentru actionarea axelor de translatie ale RI;( Suport de curs)

Firme producatoare: - http://www.ohioelectricmotors.com- http://www.baldor.com- http://www.weg.net

7

2.3 Motoare de curent continuu cu magneti pernanenti si perii colectoare, cu rotor de tip pahar

O categorie aparte de motoare de c.c. cu magneti permanenti si perii colectoare ce a cuoscut in ultima vreme o diversificare si imbunatatire continua a conceptiei constructive si respective, in paralel cu aceasta, o crestere spectaculoasa a performantelor lor de functionare, o constituie m.c.c.cu rotorul de tip pahar. Acest tip de motoare sunt incluse in categoria motoarelor de conceptie speciala. Principal, aceste motoare sunt construite dintr-un stator cu magneti permanenti, un “jug” fix pentru inchiderea liniilor de forta ale fluxului magnetic inductor, un rotor – pahar (vezi figura 5) si sistemul colector ce asigura comutatia mecanica a circuitelor.

Fig. 5

- statorul, - inductorul, este prevazut cu magneti permanenti din ferite, sau respectiv, din samarium, sau pamanturi rare. El poate fi realizat in doua variante: a) cu dispunerea magnetilor in interiorul rotorului pahar si, respective, a jugului fix de inchidere a liniilor de forta ale fluxului magnetic inductor in exteriorul rotorului; b) cu dispunerea magnetilor in exteriorul rotorului pahar si, respectiv, a jugului fix de inchidere a liniilor de forta ale fluxului magnetic inductor in interiorul rotorului;

8

- rotorul, (realiat din fibre de sticla), este de tip “pahar”, arborele de iesire din motor fiind cuplat de “fundul paharului”. El este bobinat exterior cu un bobinaj special; - jugul fix de inchidere a liniilor de forta ale fluxului magnetic inductor, realizat sub forma unui miez cilindric tubular, este fixat de stator la un singur capat;

Avantaje - liniaritate a caracteristicilor electrice turatie – tensiune si cuplu – intensitate si respectiv a caracteristicii mecanice cuplu – turatie de functionare a acestora;- stabilitate a cuplului pana la turatii foarte apropiate de zero;- acceleratii unghiulare foarte mari;

Domenii de utilizare Plaja de aplicatii pentru care pot fi utilizate aceste motoare este deosebit de larga.- actionarea echipamentelor periferice, actionarea aparaturii video, medicale, de laborator, etc;- actionarea subsistemelor micromecanice, a echipamentelr industrial de mecanica fina, a masinilor de ambalat-impachetat, etc;- actionarea axolor X,Y,Z din cadrul masinilor unelte pentru prelucrat prin electroeroziune, cu ultrasunete, cu plasca, laser, fascicul de electroni, jet de apa, etc;

2.4 Servomotoare fara perii

Având în vedere faptul că în literatura de specialitate pentru motoarele incluse în această categorie se utilizează mai multe denumiri, pentru început se impune o sistematizare şi respectiv justificare a diferitelor terminologii uzuale la care se face apel în prezent. Astfel, denumirea uzuală a acestor motoare este aceea de “servomotoare de c.c. fără perii (denumire utilizată atât în literatura tehnică de limbă engleză, “brushless d.c. motors”, cât şi în cea de limbă germană, “burstenlosse motoren”).

9

SFP, se execută în două variante constructive “standard”: - cea de motor cu rotor cilindric cu lungime normală şi respectiv,- cea de motor cu rotor cilindric cu lungime scurtată. Suplimentar acestora, există şi alte trei variante de astfel de motoare: - motoare cu rotor disc;- motoare cu rotor inelar, de tip “direct drive”; - motoare pas-cu-pas;

Principal, elementele constructive caracteristice acestor oricarui tip de SFP sunt urmatoarele:- statorul, este prevazut cu trei infasurari ce permit obtinerea unui sistem trifazat de tensiuni electromotoare sinusoidale;- rotorul, este prevazut cu magneti permanenti repartizati in sase poli aparenti;- nu exista perii si colector; comutatia fiind realizata de catre un circuit electronic exterior motorului.

10

Avantaje - cuplu masic / volumic cel mai mare; - momentul de inerţie cel mai redus; - gabaritul longitudinal cel mai mic; - plaja de reglare continuă a turaţiei cea mai largă; - comportare termică superioară altor categorii de motoare.

Domenii de utilizare a) acţionarea modulelor de translaţie la sol pentru toate tipurile de roboţi din categoria celor deplasabili pe traseu rigid; b) acţionarea modulelor de rotaţie la bază pentru toţi roboţii prevăzuţi cu acest grad de libertate; c) acţionarea tuturor gradelor de libertate, de tip translaţie, ale roboţilor de tip portal simplu sau dublu; d) acţionarea gradelor de libertate ale sistemului de orientare, pentru roboţii tip braţ articulat cu motoarele concentrate la capătul segmentului articulat, în partea opusă sistemului de orientare.

11

CUPRINS

1. Introducere....................................................................................................pag.21.1 Definitie.1.2 Clasificarea motoarelor electrice

2. Motoare de c.c. cu magneti permanenti si perii colectoare.....................pag.3 2.1 M.c.c. cu magneti permanenti si perii colectoare, cu rotor cilindric..........pag.4 2.2 M.c.c. cu magneti permanenti si perii colectoare, cu rotor disc.................pag.6 2.3 M.c.c. cu magneti permanenti si perii colectoare, cu rotor de tip pahar.....pag.8 2.4 Servomotoare fara perii..............................................................................pag.9

12