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<H1>www.aud24.net : J. Rautert: "Low-cost-Servomotoren mit erhöhter Präzision"</H1>
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Redaktion
> <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD>
<TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>11.03.2002</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>J. Rautert: "Low-cost-Servomotoren mit erhöhter Präzision"</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Freie Wahl des Servo-Reglers erlaubt die flexible Anpassung an die Applikation</TD>
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Viele Applikationen erfordern keine so hohe Performance in puncto Positioniergenauigkeit und Dynamik,wie High-End-Servoantriebe zu bieten in der Lage sind.Trotzdem liegen die Anforderungen vieler Anwendungen über den Möglichkeiten reiner Low-Cost-Antriebe. Diese Lücke galt es zu schließen, d. h.mit einfachen, sinnvollen Mitteln war die Leistungsfähigkeit zu verbessern, ohne in kostenintensive High-Tech-Bereiche vorzustoßen.<BR><BR>Permanenterregte Low-cost-ACServomotoren, wie zum Beispiel Servo-Motore (Typ NV) der Volksservo-Serie von Groschopp mit einem Gebersystem zur Rotorpositionserkennung und dazugehörigem digitalem Regler, eigenen sich besonders für Antriebslösungen, bei denen auf hohe Dynamik und Positioniergenauigkeit des eingesetzten Servo- Systems kein besonderer Wert gelegt werden muss. Bei diesen Motoren generiert das Gebersystem ein Sinus- und ein Cosinus- Signal, im Unterschied zu Rosolvern, direkt. Der Mikroprozessor des systemzugehörigen Reglers verarbeitet diese Signale anschließend weiter. Jedoch begrenzen die im Gebersystem enthaltenen harmonischen Schwingungen die max. Verstärkung des Drehzahlreglers und somit die Dynamik des Gesamtsystems. Der Drehzahlregler versucht die im Drehzahl-Ist- Signal enthaltenen Störgrößen auszuregeln und erzeugt damit Drehzahlabweichungen (Schwingungen) innerhalb einer Umdrehung, die zu einer Vergrößerung des Ungleichförmigkeitsgrades (Abb. 1) führen. Die Drehzahlabweichung bleibt hiervon zwar unberührt (<1%), jedoch können die Schwingungen zu einer Instabilität führen, so dass die Verstärkung des Drehzahlreglers reduziert werden muss, was letztendlich die Dynamik reduziert. Durch die störenden Harmonischen im Drehzahlgeber wird außerdem die Winkelerfassung gestört, was zu einer Vergrößerung der Winkelabweichung (Abb. 2) und damit zu einer Reduzierung der Positioniergenauigkeit führt. Groschopp sieht einen wachsenden Bedarf an Motoren, die diese Schwächen nicht aufweisen aber dem gleichen Preissegment angehören wie der Volkservo. Das Ergebnis dieser Überlegungen war die Entwicklung der Servo-Serie ‚Economy‘. Um die Positioniergenauigkeit sowie die Dynamik bei diesen Motoren zu erhöhen und den Ungleichförmigkeitsgrad zur verringern, erfolgte bei diesen Motoren, alternativ zum bisher verwendeten speziellen Gebersystem, die Integration eines Resolvers an den Motor. Hierdurch kann der Kunde bereits vorhandene Regler zusätzlich zur Ansteuerung der Motoren nutzen.<BR><BR>Servotypisches Design<BR><BR>In Zusammenarbeit mit Kunden wurde die neue Baureihe zusätzlich mit B5-Flansch und großzügig dimensionierter Motorwelle ausgerüstet, damit der Servo ( Typ NR ) als preiswerte Alternative zu High-end-Servomotoren im Austausch eingesetzt werden kann. Den beiden Baureihen ( NV und NR ) sind eine Vielzahl von gleichen Motorbauteilen sowie eine kostengünstige Fertigung und Montage gemeinsam. Neben den kunststoffgebundenen Neodym-Eisen-Bor-Magnetringen können gleichzeitig auf gleiche Gehäuse und Lagerschilde, die ebenfalls bei den Induktionsmotorenbaureihen zur Verfügung stehen, zurückgegriffen werden. Wegen der größeren Anzahl gleicher Bauteile vereinfacht sich die Lagerhaltung und die Lieferzeit fällt für den Kunden kürzer aus. Durch die Verwendung gleicher Bauteile können auch in der Fertigung gleiche Werkzeuge und Vorrichtungen verwendet werden. Diese Faktoren haben dazu geführt, dass der Motor als Low-cost-Motor platziert werden kann.<BR><BR>Vereinigung von Stärken<BR><BR>Beim Economy-Servo konnten somit die produktionstechnischen Vorteile der Low-cost- Reihen und die betriebstechnischen Vorteile der High-End-Servomotoren vereinigt werden. Die Typgrößen und Bemessungsleistungen bzw. Drehmomente entsprechen denen des Volksservos (Tab. 1). Die bürstenlosen Motoren sind für Sinusbestromung optimiert, d.h. die Stromeinprägung zur Erzeugung des Drehmoments erfolgt sinusförmig mit je einer Phasenverschiebung von 120° von Strang zu Strang, so dass im Luftspalt des Motors ein Drehfeld erzeugt wird. Mit Hilfe der exakten Rotorlageerkennung wird der Winkel zwischen dem von der Wicklung erzeugten Magnetfeld und dem von dem auf der Läuferoberfläche angebrachten Permanentmagneten erzeugten Feld bei konstant 90° gehalten. Hierdurch wird ein konstantes und damit winkelunabhängiges Drehmoment bei minimalem Strom erzeugt. Der permanenterregte AC-Servomotor ent- spricht somit einem selbstgeführten Synchronmotor mit einem Lastwinkel von 90°. Um ein optimales Betriebsverhalten zu erzielen, ist es bei einem sinusbestromten Motor notwendig, dass auch die EMK, d.h. die vom Motor bei Rotation erzeugte Spannung, möglichst sinusförmig ist. Dies wird beim Economy-Motor sehr einfach durch eine spezielle Magnetisierung der Magnetringe (aus kunststoffgebundenem NdFeB) erfüllt. Von großem Vorteil bei der Verwendung von Ringmagneten aus kunststoffgebundenen Magnetmaterialien ist ferner die sehr gute Maßhaltigkeit und recht hohe Festigkeit, so dass auch die Einhaltung von sehr kleinen Luftspalten möglich ist. Dies führt zu einer kleineren magnetischen Scherung des Magneten, was eine bessere Ausnutzung des Magnetmaterials ermöglicht. Drehzahlen bis zu 10.000 U/min sind bei den neuen Motoren auch ohne zusätzliche Panzerung der Magnete erreichbar. Um die störenden Rastmomente bei permanenterregten Synchronmotoren zu reduzieren, werden die Statoren meist geschrägt. Dies führt jedoch zu erheblichen Schwierigkeiten beim Einziehen der Wicklung. Geschrägte Statoren werden daher entweder kostenintensiv per Hand oder mit sehr teueren Einziehmaschinen gefertigt, welche ein nachträgliches Verdrehen (Schrägen) inkl. Verschweißen der Blechpakete ermöglichen. Bei den neuen Motoren kommen ungeschrägte Statoren zum Einsatz, welche ebenso preisgünstig gefertigt werden können wie Statoren von Induktionsmotoren. Zur Vermeidung von Rastmomenten wird anstelle einer Schrägung des Stators eine geschrägte Magnetisierung der Permanentmagnete verwendet. Statt zweier getrennter Anschlüsse für die Motorleitung und die Resolverleitung besitzt der Motor nur einen gemeinsamen Anschluss, was deutlich preisgünstiger und bedienungsfreundlicher ist. Dies wurde erst durch die Erstellung eines neuen speziell abgeschirmten Kabels möglich.<BR><BR>Zusammenfassung<BR><BR>Ein wesentlicher Vorteil des Economy- Servoantriebes liegt in der höheren Dynamik. Bei einem Stellbereich von 1:6000 liegt der Ungleichförmigkeitsgrad bei 5% (zum Vergleich: 15% beim Volksservo), d. h. bei zehn Umdrehung pro Minute beträgt die Schwankung nur 0,5 U/min. Der Antrieb zeichnet sich zudem durch höhere Positioniergenauigkeit aus. Sie liegt bei +/- 0,15° (Zum Vergleich: +/- 1° beim Volksservo), und wird durch die max. Winkelabweichung innerhalb einer Umdrehung bestimmt. Weiterhin ist der Betrieb am neu entwickelten Regler mit Resolverauswertung möglich, so dass nicht auf einen teuren High-End-Regler zurückgegriffen werden muss. Zusätzlich ist der Motor durch seinen B5- Flansch einer entsprechend stark ausgeführten Motorwelle zum mechanischen Austausch verschiedener High-End-Servomotoren geeignet. Der angebaute Resolver erlaubt es, den Motor darüber hinaus an jeden Standardservoregler mit Resolverauswertung zu betreiben. Eine Umstellung auf eine neue Elektronik ist nicht erforderlich, der Kunde kann seine bewährte Elektronik beibehalten.<BR><BR>Abb. 1: Harmonische Schwingungen im Gebersystem rufen Drehzahlabweichungen hervor<BR>Abb. 2: Harmonische Schwingungen im Gebersystem führen zu störenden Winkelabweichungen<BR><BR>more @click AD32351<BR>Typgröße Bemessungsleistung Max. Elek. Mech. Trägheitsmoment Wirkungsgrad (ø aktives Eisen) [mm] bei 3.000 Upm [W] Drehmoment [Ncm] Zeitkonstante [ms] Zeitkonstante [ms] [Kgcm2] [%]</TD>
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<P><I>Diese Seite wurde am 22.09.2006, 13:56 Uhr aktualisiert</I></P>
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