Двигатель с осевым зазором (блинчик) лучше подходит для сервоприводов?

Одно из преимуществ, о котором я могу думать, заключается в том, что низкая индуктивность двигателей с осевым магнитным потоком означает, что они имеют низкие электрические постоянные времени, что позволяет току очень быстро течь в якорь для практически мгновенного создания крутящего момента, что должно привести к быстрому ускорению и замедлению, которые могут быть желательно для высокопроизводительного сервоуправления.

НО:

Однако они широко не используются, вероятно, из-за их более высокой цены и производственных проблем, описанных в официальном документе Magnax Motors: WP-High Efficiency Axial Flux Machines - whitepaper v1.7

Блинный двигатель также может страдать от нескольких проблем:

1-Высокие интериа из-за их формы, что может быть нежелательно для быстрых движений.

более подробная информация в: расчеты размеров двигателя (источник: orientalmotor.com)

2-низкая индуктивность вызывает проблемы в петле крутящего момента:

влияние индуктивности двигателя на сервоприводы (источник: doc.ingeniamc.com)

Цитата 1: «Индуктивность двигателя, или, точнее, значение электрической постоянной времени, влияет на сервоприводы разными способами. В то время как высокие значения индуктивности могут ограничивать полосу пропускания системы, низкие значения индуктивности могут привести к нестабильности контура управления, неточностям в показаниях тока, повышенным потерям мощности и другие проблемы. Эти проблемы особенно важны для высокоскоростных щеточных двигателей с очень низким трением и быстрой динамикой. Проблема более известна с щеточными двигателями постоянного тока.

Поскольку текущая пульсация может быть выражена как:

Цитата 2: «При низких нагрузках положительные токи двигателя могут восприниматься как отрицательные из-за пульсаций тока. Это приводит к нестабильным петлям тока, которые становятся неуправляемыми!»

Если вы хотите выполнить динамическое позиционирование, вы должны учитывать зависимость нагрузки от инерции двигателя. При идеальном совпадении нагрузка и инерция двигателя почти равны.

Обратите внимание, что двигатель типа «блинчик» имеет более высокий крутящий момент, но более низкую номинальную скорость, чем радиальный двигатель. Он также имеет гораздо более высокий момент инерции.

Радиальный двигатель часто используется в сочетании с редуктором, поэтому вы можете согласовать нагрузку и инерцию двигателя. Тогда инерция преобразованной нагрузки равна J'=J_load/p^2, где p - передаточное число. Таким образом, вы можете иметь высокодинамическую систему, используя двигатель с низкой инерцией и редуктор с высоким передаточным числом.

Между тем, мотор-блинчик больше подходит для приложений, где коробка передач не нужна, но нужен высокий крутящий момент и низкая скорость. Этими приложениями обычно являются прямой привод, кардан, ... высокая инерционная нагрузка. Также есть возможность сделать полый вал, куда можно поместить токосъемные кольца для питания датчиков, других устройств, установленных на подвесе.

Какое значение имеет инерция нагрузки и на что она влияет?

Каждая механическая установка имеет свою собственную эластичность, такую ​​как упругость при кручении. Наличие множества осей, шестерёнок... означает, что груз подпружинен к двигателю. Мы называем это пружиной кручения. Теперь у нас есть ротор, который связан этой торсионной пружиной с нагрузкой. Эта система будет иметь резонансную и антирезонансную частоты. Если нагрузка и ротор имеют одинаковую инерцию, то эти две частоты идентичны.

Если инерции не совпадают, то вы получаете более низкую резонансную частоту, а это означает, что ее сложнее отфильтровать, вся система должна быть настроена на более медленную динамику, чтобы избежать этого резонанса, который необходимо заглушить.

Справочная ссылка

Еще одна резонансная ссылка

Пусть у нас есть радиальный двигатель с установленным энкодером или тормозом, инерция ротора теперь становится суммой всех инерций: ротор + энкодер + тормоз. Почему? Потому что они жестко закреплены на роторе и между ними нет упругости. Итак, теперь мы изменили инерцию ротора двигателя. Все, что на роторе жестко соединено, становится частью ротора, а не нагрузкой.

С двигателем-блинчиком можно сказать, что механическая установка почти идеальна, если ротор жестко закреплен с нагрузкой. Таким образом, вы получаете только одну основную частоту собственного резонанса, которая будет определять максимальную динамику системы. Это одно из главных преимуществ, если вам нужна высокодинамичная система.

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Замкнутая система, такая как сервопривод, предпочтительно должна иметь малое время отклика или высокую динамику. Это может быть достигнуто за счет увеличения общего усиления - усиления контура, путем увеличения пропорционального усиления контроллера. Теперь, если вы посмотрите на график Боде, вы можете заметить, что в узле система имеет значительное усиление и, что еще более важно, она имеет фазовый сдвиг на -180 градусов. Это означает, что система начнет колебаться именно на резонансной частоте. Таким образом, при настройке сервопривода усиление должно быть таким, чтобы всегда был безопасный запас, чтобы оставаться стабильным. Поскольку коэффициент усиления узла меньше и частота выше, система может иметь больший коэффициент усиления и, следовательно, более динамичный отклик. Последний способ улучшить динамику — добавить фильтр нижних частот, режекторный фильтр и т. д. Если ротор жестко соединен с нагрузкой, например, подвесом,

Следовательно, да, инерция очень важна для сервосистемы с замкнутым контуром из-за этих резонансных узлов.

Ссылка - Сименс S120