INMOCO

Mar 18, 2023

Gerard Bush d'INMOCO discute des principes de sélection des moteurs pour les applications de mouvement de précision.

Pour assurer un contrôle de mouvement précis des applications OEM allant des articulations robotiques aux centrifugeuses, la sélection du moteur est cruciale. Avec un choix typique comprenant des servomoteurs ou des moteurs pas à pas, des conceptions CC sans balais spécifiques peuvent également optimiser l'intégration de la conception. Le choix de la technologie dépend de la compréhension de paramètres allant de la vitesse de réponse cinématique à l'inertie, ainsi que de l'intégration de la conception mécanique.

Lors de la sélection d'un moteur pour une conception de machine, même celle qui exige un contrôle de précision, les considérations initiales sont basées sur les caractéristiques de vitesse et de couple. Pour des applications telles que le contrôle des articulations robotiques, la précision cinématique liée à la position et à la vitesse de contrôle est également fondamentale. Sous réserve que les exigences de vitesse et de couple aient été calculées, ces critères, ainsi que l'accélération inertielle, peuvent être sélectionnés via les spécifications des constructeurs de moteurs.

Cependant, dans de nombreux cas, les exigences précises en matière de puissance et de précision du système ne peuvent pas être calculées tant qu'un prototype d'assemblage mécanique n'a pas été testé. Pendant ce temps, la sélection initiale des moteurs peut s'appuyer sur la connaissance tribale des moteurs utilisés dans les machines héritées de fonctionnalités équivalentes, ou les moteurs peuvent être surdimensionnés pendant le prototypage, puis réduits plus tard lorsque les exigences précises sont connues.

Contrôle de vitesse

Le moteur pas à pas est souvent la première considération lors de la spécification d'un moteur pour le contrôle de précision en raison de sa forte position de coût. Cependant, son adéquation dépend des exigences de vitesse, car la vitesse maximale d'un moteur pas à pas est limitée en raison de son nombre de pôles plus élevé. Cela peut cependant être un avantage par rapport aux servos, si une densité de couple élevée est requise. Alors qu'un moteur pas à pas peut fournir un positionnement suffisant pour de nombreuses applications, la précision dépend de la charge du système en proportion du couple nominal du moteur pas à pas. À 10 % de charge, l'erreur de position est d'environ ¼ de pas entier, soit 0,5 °.

Alternativement, un servomoteur offre une vitesse maximale beaucoup plus rapide. Les applications à grande vitesse, y compris celles supérieures à 5 000 tr/min, font généralement tourner une inertie équilibrée sans aucune charge externe, comme une centrifugeuse. Lorsque le système accélère, les forces d'appui radiales constituent la charge d'appui dominante et leur impact est proportionnel à l'excentricité du système. La génération d'un modèle des forces d'appui radiales pour déterminer l'étendue des exigences de couple est généralement une caractéristique des tests de prototypes.

Au lieu de cela, si un servomoteur accélère et décélère avec une inertie déséquilibrée, par exemple lors du contrôle d'une articulation dans un bras de robot articulé, les propriétés d'inertie dominent la demande de couple du moteur. Les exigences de couple pour le prototypage peuvent être estimées à partir d'un modèle avec les propriétés inertielles et cinématiques du système robot/charge.

Contrôle de position

En termes de précision de régulation, le servomoteur avec retour de position est le choix optimal. Dans la plupart des cas, un servo peut se stabiliser à +/- 10 décomptes d'encodeur, mais cela nécessite également un encodeur avec une résolution de position suffisante. La réponse du servomoteur est également critique ; théoriquement, la réponse cinématique du moteur devrait être linéaire avec le couple, mais le frottement statique rend impossible une réponse linéaire lors du démarrage et de l'arrêt d'un mouvement. Par conséquent, les systèmes de haute précision nécessitent une mécanique supplémentaire et spécialisée, conçue pour limiter cet effet.

Les moteurs CC sans balais (BLDC) peuvent également être utilisés pour le contrôle de position en combinaison avec un dispositif de rétroaction. Un encodeur supplémentaire ajoute sa propre empreinte et son propre coût, mais un moteur BLDC est plus efficace qu'un servo et offre une densité de couple plus élevée. Ils peuvent également permettre une approche d'intégration plus simple et plus flexible qui peut faciliter la conception de la machine. Les moteurs BLDC sans cadre peuvent avoir un arbre creux, permettant aux composants d'être placés à travers leur centre, et leur conception permet également d'économiser de l'encombrement et du poids. Ces moteurs sont souvent à entraînement direct, se connectant à la charge sans nécessiter de transmission, ce qui permet un fonctionnement dynamique et à grande vitesse.

Correspondance d'inertie

Quelle que soit la technologie de moteur choisie, l'adaptation de l'inertie du moteur et de sa charge est cruciale pour optimiser le temps de réponse et éviter les problèmes opérationnels tels que les vibrations. Il est possible de faire fonctionner un grand rapport d'inertie avec les avantages d'un moteur plus petit, tout en respectant les exigences de couple/vitesse. Cependant, cela augmente la demande de puissance d'entrée et une sélection minutieuse est essentielle pour éviter une instabilité mécanique qui peut provoquer une oscillation du moteur à des fréquences plus élevées.

En fin de compte, l'optimisation des spécifications du moteur nécessite une compréhension approfondie des attributs de l'application. Les ingénieurs d'INMOCO peuvent aider les OEM à spécifier la solution la plus appropriée aux besoins. En plus de fournir une gamme de types de moteurs, les spécialistes des applications d'INMOCO travaillent aux côtés des ingénieurs de Performance Motion Devices. PMD

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