Download pdf - Bakalarka finalni verze - vutbr.cz

Abstrakt

Tato práce se zabývá elektrickými a mechanickými vlastnostmi elektronicky

komutovaných motorů. Popisuje konstrukci motoru, srovnání s dalšími typy motorů, řízení

proudů ve statoru, rovnice popisující chování motoru, využití v průmyslu a seznam

výrobců s některými katalogovými výrobky.

Abstract

This thesis deals with electrical and mechanical parametrs of electronical comutated

motors. It describes construction of motor, comparing with another types of motors,

controlling of curent in stator, equations describing behavior of motor, using in industry

and an inventory of producers with some catalogue’s products.

Poděkování

Na tomto místě bych chtěl poděkovat Ing. Vladimíru Hubíkovi za pomoc při

vypracování této práce.

Čestné prohlášení Čestně prohlašuji, že bakalářskou práci na téma Elektrické a mechanické vlastnosti EC motorů jsem vypracoval samostatně pod vedením svého vedoucího bakalářské práce s použitím odborné literatury, kterou jsem citoval v seznamu použité literatury. V Brně dne…………………… ….…………………………..

Martin PLEVA

Obsah

1. ÚVOD .................................................................................................. 11

2. SVĚT MOTORŮ .................................................................................. 12

2.1. Motory střídavé (AC motory) .................................................................. 12

2.1.1. Asynchronní motory ................................................................................ 12

2.1.2. Synchronní motory .................................................................................. 13

2.2. Motory stejnosměrné (DC, EC) motory .................................................. 14

2.2.1. DC motory ............................................................................................... 14

3. ELEKTRONICKY KOMUTOVANÝ (EC, BLDC) MOTOR ................... 16

3.1. Historie ........................................................................................................ 16

3.2. Konstrukce EC motoru ............................................................................. 16

3.2.1. Diskové versus válcové motory .............................................................. 18

3.2.2. Výkonové rozdělení EC motorů .............................................................. 20

3.2.3. Stator ....................................................................................................... 21

3.2.4. Rotor ........................................................................................................ 23

3.2.5. Ztráty ....................................................................................................... 23

4. ROZDÍLY MEZI AC, DC A EC POHONY ............................................ 24

4.1. AC pohony .................................................................................................. 24

4.1.1. Asynchronní pohony ............................................................................... 24

4.1.2. Synchronní pohony.................................................................................. 24

4.2. DC pohony .................................................................................................. 25

4.3. EC pohony .................................................................................................. 26

5. ŘÍZENÍ PROUDŮ EC MOTORŮ ......................................................... 27

5.1. Hallovy sondy ............................................................................................. 27

5.2. IRC (Incremental radial senzor) .............................................................. 29

5.3. Resolver ....................................................................................................... 29

6. MATEMATICKÉ A ELEKTRICKÉ ROVNICE EC MOTORU .............. 30

6.1. Pohybové rovnice pro obecný motor ........................................................ 30

6.2. Elektrické a mechanické rovnice .............................................................. 31

7. PŘEHLED VYRÁBĚNÝCH EC MOTORŮ NA TRHU ......................... 34

7.1. Maxon motor AG ....................................................................................... 34

7.1.1. Válcové motory Maxon motor AG ......................................................... 34

7.1.2. Diskové motory Maxon motor AG ......................................................... 37

7.2. Dunkermotoren .......................................................................................... 37

7.3. EAD motors ................................................................................................ 38

7.4. Další výrobci motorů ................................................................................. 38

8. ZÁVĚR ................................................................................................ 39

9. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY ..................................................... 41

Použité symboly

1,2

tan 2

tan 1

ln

cov

ph

Z

m

d

i

iH

z

c kons ta motoru

E indukované napětí fáze

I proud

I záběrný proud

J moment setrvačnosti

k kons ta motoru

M moment motoru

M moment dynamický

M moment záběrný

M ideá í záběrný moment

M moment pra ního mec

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

−

1,2

i

ph

hanismu

M generovaný moment

n otáčky

n otáčky na prázdno

R odpor fáze

t čas

U napětí

natočení

účinnost

uhlová rychlost

ϕηω

−

−

−

−

−

−

−

−

−

ELEKTRICKÉ A MECHANICKÉ VLASTNOSI EC MOTORŮ Martin PLEVA

- 11 -

1. ÚVOD

Lidstvo už od pradávných dob hledalo způsoby, jak zjednodušit leckteré úkony. Již

v dobách pravěkých si Homo Habilis začal ulehčovat práci výrobou primitivních nástrojů

z kamene. Doba ale pokročila. Dnes naši planetu obývá více jak 6 miliard Homo Sapiens

Sapiens, což je člověk moudrý. Jak už ze slova moudrý plyne, tento tvor byl stvořen

k tomu, aby vynalézal nejrůznější nástroje a přístroje, potřebné ke svým činnostem a

rozvoji civilizací. Už ze starověkého Řecka se dozvídáme o jednoduchých mechanických

vynálezech a formulacích zákonů platných dodnes.

Největší rozvoj vědy a techniky, přesněji elektrotechniky, přišel v 19. století

s nástupem elektrické energie. Za rozvoj této, v dnešní době nepostradatelné, energie asi

nejvíce vděčíme americkému vynálezci a průkopníkovi Thomasi Alva Edisonovi, který

vymyslel a zkonstruoval mnoho vynálezů a započal distribuci této energie do všech koutů

světa. Měl bych se také zmínit o dalších vědcích a objevitelích jako jsou Georg Simon

Ohm, který jako první v roce 1826 formuloval zákon o závislosti el. proudu, napětí a

odporu, dnes nazývaný Ohmův zákon. Peter Barlow v roce 1828 vynalezl první elektrický

motor. Michael Faraday objevil v roce 1831 elektromagnetickou indukci a dal tak základ

„teorii o elektromagnetické indukci“. Heinrich Lenz v roce 1833 formuloval zákon o

směru indukovaného proudu, kterým se řídí směr otáčení rotoru v elektrickém motoru. A

také mnoho dalších vědců jako jsou například J.P. Joule (přeměna elektrické energie na

tepelnou), J.C. Maxwell, W. Siemens, N. Tesla nebo z českých vynálezců František Křižík.

Všichni tito vědci a spousta dalších přispěli svým dílem k novodobým objevům a

nástrojům pro využití elektrické energie.

Z velkých možností využití elektrické energie se zaměřím na elektrickou energii

převedenou v energii mechanickou, která se využívá jako pohony v nejrůznějších

odvětvích hospodářství. Dále se zaměřím na motory a to motory malé, tedy mikromotory,

ze kterých si vyberu zvláštní případ, elektricky komutované motory.


- 12 -

2. SVĚT MOTORŮ

Z časopisu Industrial Engineering News: „Podle rozboru z konce roku 1999 malé

motory tvoří 83% všech motorů v průmyslu. Na jeden výkonný elektromotor ve stroji

připadají 3 až 4 malé motory“. (citováno z [6]).

Současně však chybí informovanost široké veřejnosti o těchto malých (mikro)

motorech. Pokusím se tedy přiblížit základní vlastnosti mikromotorů, a jak už téma

napovídá, hlavně bude řeč o EC motorech, které patří do skupiny stejnosměrných,

synchronně se otáčejících mikromotorů a jsou odvozené ze stejnosměrných (DC) motorů.

V této kapitole se budu věnovat rozdělení všech typů motorů do skupin, z hlediska

napájení, výkonů a využití, abychom se dobrali podstaty mikromotorů, DC, zvláště EC

motorů.

2.1. Motory střídavé (AC motory)

Střídavé motory jsou využívány k pohonům větších až velkých strojů, jako jsou

například ventilátory, okružní pily nebo pohony lodí. Musíme ale zohlednit výkonové

třídy, rostou řádově od stovek Wattů až po několik set megawattů. Střídavý motor

zapojený tak, aby dodával elektrickou energii do sítě se nazývá generátor, v případě

synchronního generátoru - alternátor. Jen pro představu, jedny z nejvýkonnějších

generátorů v současné době u nás, se nacházejí ve vodní přečerpávací elektrárně Dlouhé

Stráně. Jsou zde umístěny dva o celkovém výkonu 650 MW.

Tyto motory se dále dělí na ASYNCHRONNÍ a SYNCHRONNÍ:

2.1.1. Asynchronní motory

Tyto stroje fungují na principu existence točivého magnetického pole. Toto pole

vzniká při zapojení tří cívek do kruhu, každá pod úhlem 120°, a jsou napájeny třífázovým

napětím. Každá ze tří cívek tohoto zapojení vytváří magnetické pole, jehož složením

vzniká pole točivé. Točivé pole působí na vodiče (vinutí) v rotoru. Podle Lenzova zákona

se indukují proudy a rotor se roztáčí ve směru působení elektromagnetické síly, vyvolané

tímto polem. Musí však být zabezpečeno natočení magnetických polí, jinak by se rotor

zastavil.

Asynchronní motor disponuje, oproti synchronnímu, jinou skladbou rotoru. Rotor

asynchronního motoru je tvořen vinutím na koncích spojených do krátka. Ve stojícím

motoru magnetické pole statoru indukuje v kotvě elektrické proudy, které vytváří

magnetické pole v rotoru. Obě pole pak navzájem interagují a vznikne tak

elektromotorická síla, která točí rotorem. Otáčky rotoru vzrůstají až do chvíle, než by

motor mohl dosáhnout synchronních otáček. Motor ale nikdy nedosáhne synchronních

otáček, pokud je alespoň minimálně zatížen na rotoru, proto je nazýván asynchronní.


- 13 -

obrázek č. 1 – uspořádání cívek v točivém stroji U1/2, V1/2, W1/2 – označení cívek, 1/2 = vstup/výstup

Asynchronní motory jsou nejrozšířenější mezi pohony středně těžkých až těžkých

strojů. Jsou totiž levné, jednoduché na výrobu, provozně spolehlivé a vyžadují malou

údržbu. Užívají se pro pohony nejrůznějších čerpadel, kompresorů, ventilátorů, jeřábů,

pásových dopravníků, výtahů atd.

obr. č. 2 – charakteristika asynchronního motoru [6]

2.1.2. Synchronní motory

Podstata vzniku točivého magnetického pole je obdobná jako u asynchronních

strojů.

Oproti asynchronním motorům se, jak už z názvu vyplívá, točí synchronními

otáčkami. Moment klesá s napájecím napětím lineárně oproti asynchronnímu, kde klesá

moment s druhou mocninou napájecího napětí.


- 14 -

Využití je značné, většinou bývají použity tam, kde není nutné časté spouštění,

například v různých vypalovacích pecích. Mohou být využity i jako motory (stroj

s vyniklými póly, který nemá konstantní vzduchovou mezeru), tak i jako generátory (ty

mají hladký rotor a konstantní vzduchovou mezeru). S rozvojem automatizace a

regulovaných obvodů se dají využít i při polohových synchronizovaných pohybech

soustavy s nutností přesnosti např. v tiskárnách, textilních, chemických průmyslech atd.

Tyto motory mají velkou výhodu ve velké momentové přetížitelnosti.

obr. č. 3 – charakteristika synchronního motoru

2.2. Motory stejnosměrné (DC, EC) motory

V této práci se budu věnovat stejnosměrným motorům o výkonech do 400W.

Stejnosměrné motory mohou existovat i s většími výkony než 400W. Mohou to být např.

pohony městských trolejbusů nebo lodí.

2.2.1. DC motory

Klasické DC motory mají na statoru permanentní magnet a na rotoru vinutí. Pro

roztočení motoru je nutné, aby se vždy přitahovaly opačné póly rotoru a statoru. K tomuto

je zapotřebí činnosti zvané „komutace“ (obr č. 4). Komutace je vždy prováděna pomocí

nějakého typu kluzného kontaktu. Kluzný kontakt se skládá z kartáče (část, která se netočí)

a z komutátoru (část, která je součástí rotoru). Komutátor je nejčastějším zdrojem poruch v

motoru. Tyto součásti se navzájem obrušují, proto je nutná oprava a výměna kluzných

částí. Při vyšších rychlostech vzniká elektrický oblouk, který vydírá z komutátoru drobné

kuličky, které se usazují mezi lamelami komutátoru. Ty způsobují další vydírání kluzného

kontaktu a vznik dalších elektrických oblouků. Tyto poruchy jsou také zdrojem

elektromagnetického rušení, které může být příčinou nižších účinností celého motoru.

Kartáče mohou být grafitové, uhlíkové nebo kovové. Grafitové kartáče mohou

přenášet vyšší proudy, doléhají na komutátor podstatně větší plochou, ale vyžadují k tomu

mnohonásobně vyšší přítlačnou sílu, která má za následek větší záběrný moment. Z toho

vyplívá další problém, konstrukce pružin. Pružiny musí být schopné přitláčet kartáč

konstantní silou při celé jeho životnosti. Grafitový kartáč se také více obrušuje, vzniká tak

prach, který se usazuje v motoru. Pro motor je to nežádoucí vliv, avšak tento grafitový

prach je dobrým mazivem pro komutátor.


- 15 -

Kovové kartáče jsou lepší z hlediska vedení proudu. Odpor v kovových kartáčích

roste pravidelně oproti grafitovým, kde při hladkém rozběhu motoru vznikají proudové

špičky. Z toho vyplívá, že jen motory s kovovými kartáči mohou splnit přípustné limity

elektromagnetického rušení.

a) b) c)

obr. č. 4 – komutace DC motoru šipky souhlasných barev znázorňují kontrakci odlišných pólů

Kromě komutace (kterou vyřeší EC motory), mají ale DC motory značnou řadu

pozitivních vlastností. Jsou to např. několikanásobná přetížitelnost, velký záběrový

moment, nízká časová konstanta a malé rozměry.

DC motory jsou také jednoduše řiditelné, není ani zapotřebí žádná řídící jednotka,

stačí jednoduše motor připojit ke zdroji požadovaného napájecího napětí, změny směru

proudu v jednotlivých cívkách si už zajišťuje komutátor sám.

Záběrný moment má lineární závislost na otáčkách jak je tomu uvedeno

v charakteristice na obrázku č. 5.

obr. č. 5 (převzato z [6]) – charakteristika DC motoru (M – moment, n – otáčky, I

– proud)


- 16 -

3. ELEKTRONICKY KOMUTOVANÝ (EC, BLDC) MOTOR

Pozn.: název EC je zkratka slov „electronical comutated“, BLDC je zkratka

brushless DC

3.1. Historie

Na prvopočátku byla myšlenka, která chtěla odstranit z DC motoru jeho nejslabší

část, v podobě mechanického komutátoru, který výrazně omezuje jeho životnost. Bylo ale

zapotřebí, aby zůstaly zachovány jeho vlastnosti, jako například mnohonásobná

přetížitelnost, velký záběrový moment, malá časová konstanta a malé rozměry.

Motory bez komutátoru existovaly už dříve pod názvem třífázový servomotor nebo

střídavý AC motor. Byly ale napájeny sinusovým střídavým napětím. EC motory se začaly

používat jen omezeně, tam kde bylo potřeba konstantních otáček, například ve

videokamerách nebo videorekordérech s poháněnou magnetickou hlavou. V dnešní době

ale požadujeme plný rozsah otáček, záběrných momentů a především klasických vlastností

DC motorů, bez omezení mechanickým komutátorem.

3.2. Konstrukce EC motoru

Konstrukce EC motoru vychází z podstaty klasického třífázového synchronního

motoru, protože rotor se točí synchronními otáčkami. Klasický střídavý synchronní motor

má rotor tvořen permanentním magnetem (může být i elektromagnet). Stator, který je

napájen střídavým proudem, vytváří magnetické pole, které udává polohu rotoru. Ten se

natáčí podle indukčních čar vytvářených magnetickým polem statoru. Řadí se ale do

skupiny stejnosměrných motorů, díky podobným dynamickým vlastnostem s DC motory.

DC motory mají na statoru permanentní magnet, vinutí na rotoru a komutace je zajištěna

pomocí kluzných kontaktů. EC motor má vinutí na statoru, permanentní magnety na rotoru

a komutace je zajištěna elektronicky pomocí řídící elektroniky. Díky elektronickému

komutátoru může EC motor dosahovat vyšších otáček, maximálního kroutícího momentu

již při nulových otáčkách, což je upřednostňuje před klasickými motory DC. Navíc EC

motory neodebírají ze sítě dvojnásobný rozběhový proud.

Otáčky EC motorů nejsou omezeny mechanickou komutací, jsou omezeny pouze

vlastní odstředivou silou rotoru. U malých motorků je možná rychlost až 100 000 ot./min.

EC motory, jak již bylo řečeno, nemají komutátor. Jejich životnost je tedy omezena

životností ložisek.


- 17 -

obr. č. 6 (převzato z [5]) – charakteristika EC motoru, n = f ( M ), P = f ( M )

obr. č. 7 (převzato z [6]) – typické rozvržení EC motoru

EC motory rozdělíme na skupiny dle konstrukce (obrázky č. 9 a 10):

• Válcové

o s rotorem vnitřním

� se statorovým vinutím v drážkách

� se statorovým vinutím bez drážek

o s rotorem vnějším

• Diskové

o s rotorem vnitřním – krátký válec

o s rotorem vnějším – plochý diskový tvar

Většina výrobců nabízí motor uspořádaný do diskového formátu i do válcového

formátu. Toto uspořádání se volí z požadavků zákazníka, podle toho, kam a jak potřebuje

motor umístit. Další rozdělení závisí také na technických požadavcích.


- 18 -

3.2.1. Diskové versus válcové motory

Diskové EC motory jsou využívány v aplikacích, kde je zapotřebí omezit délku

motoru a je možno motor rozšířit do šířky. Tyto motory mají i další výhody, než jen

rozměrové. Toto konstrukční provedení umožňuje snížit otáčky motoru při zachování

kroutícího momentu bez využití převodovky. Tato vlastnost se realizuje zvýšením počtu

pólových dvojic. Vnější prstencový rotor typu Maxon nese 8 až 24 magnetů po obvodu. Ve

statoru je 6 až 18 cívek s póly. Například motor Maxon o průměru 90mm a výkonu 90W

disponuje otáčkami „jen“ 5000 ot./min. Pro srovnání klasické válcové EC motory běžně

dosahují rychlostí okolo 30 000 ot./min.[7]

Válcové EC motory disponují menším kroutícím momentem než diskové, proto je

většinou nutno před motor zařadit planetovou převodovku. Diskové motory se většinou

používají bez převodovky, aby byla zachována jeho požadovaná „tenkost“. Samozřejmě se

vyrábí i převodovky pro diskové motory. Není jich ale tak pestrá škála jako pro motory

válcové.

obr. č. 8 (převzato z [7]) – diskový motor a stator diskového motoru


- 19 -

obr. č. 9 (převzato z [3]) – válcové (vlevo) a diskové (vpravo) uspořádání

obr. č. 10 (převzato z [3]) – vnitřní (vlevo) a vnější (vpravo) rotor


- 20 -

3.2.2. Výkonové rozdělení EC motorů

EC motory můžeme rozdělit do výkonových skupin:

- Malé výkony

- Střední výkony

- Velké výkony

Malé výkony:

- výkony od 1 do 100W

- průměry od 6 do 60mm

- využití je většinou v malých aplikacích jako jsou zubní vrtačky,

chirurgické nástroje nebo pohony malých robotů

Střední výkon:



- využití je např. v letectví, chirurgii, robotice

Velké výkony:



- využití je např. v letectví, chirurgii, robotice, centrifugy

Toto rozdělení není jednoznačné, v každé literatuře nebo katalogu je uváděno jinak,

navíc každý výrobce má své rozdělení.

Motory můžeme také dělit podle příkonů nebo otáček. Jmenovitá napětí můžou mít

hodnoty od 1 až 48V ( záleží na údajích výrobce ). Jmenovité otáčky jsou od cca 1000

ot./min až po 100 000 otáček za minutu.


- 21 -

3.2.3. Stator

Aby byla možná elektronická komutace, muselo se přesunout vinutí do statorové

části. Stator, který je tvořen statorovým vinutím, je většinou tvořen třemi fázemi. Pro malá

zatížení se používá dvoufázové, pro střední výkony třífázové a pro náročný provoz, kde se

vyžaduje hladký průběh kroutícího momentu, může být vinutí i čtyř nebo pětifázové. Toto

vinutí je uloženo v drážkách, které jsou zešikmeny o jednu (zpravidla) rozteč drážek, aby

se zmenšily reluktanční momenty. Do těchto fází je přiveden proud z napájecí jednotky. To

je rozdíl od klasických DC motorů, které stačilo jen připojit ke zdroji napětí a ostatní už

zajistil mechanický komutátor. EC motor musí mít napájecí jednotku. Součástí této

jednotky musí být i řízení, které zajišťuje přepínání toku proudu jednotlivými fázemi (viz

kapitola 5).

Používají se tři základní typy konstrukce statorového vinutí:

- vinutí s jednou drážkou na jeden pól a fázi (obr. č. 11 – a)

- vinutí se dvěma drážkami na jeden pól a fázi (obr. č. 11 – b)

- segmentový stator

a) b)

obr. č. 11 – vinutí statoru


- 22 -

a) b)

c)

obr. č. 12 ( převzato z [2, 4] ) – EC motor a) rotor zapojen do hvězdy

b) indukce ve vzduchové mezeře

c) obdélníkový a sinusový tvar proudů v závislosti na poloze rotoru

Statorové vinutí může být zapojeno do hvězdy nebo trojúhelníka. Zapojení do

hvězdy (obr. č. 12a ) je preferováno pro zapojení s menším průřezem vodičů, jelikož jimi

prochází menší proud.

Řídí se obdélníkovým (motor nazýváme klasicky „EC“) nebo sinusovým (motor

nazýváme „synchronního typu“) signálem podle provedení.


- 23 -

3.2.4. Rotor

Rotor EC motoru je koncipován buď s magnety na povrchu. V tomto případě se

nekoncentruje magnetický tok a magnetická indukce je stejná jako indukce od

permanentních magnetů. Nebo s magnety uvnitř rotoru, kdy je potřeba ke koncentraci

magnetického toku užít pólových nástavců.

obr. č. 13 ( převzato z [4] ) – a) rotor s magnety na povrchu b)magnety uvnitř

Magnety v rotoru bývají silné, vyrobené z různých materiálů. Mohou být

z levnějších feritů nebo z dražších vzácných zemin (neodym – železo – bor = NeFeB,

samarium – kobalt). Kvalitní magnet se pozná podle průběhu demagnetizace

v hysterezních křivkách.

Rotor je většinou složen z jednoho magnetu o jedné pólové dvojici, může jich být i

více, pokaždé ale sudý počet. Např. firma Maxon dělá rotory svých EC motorů

dvoupólové z magnetu typu NeFeB kvůli minimalizaci rozměrů a setrvačného momentu.

Natočení rotoru je realizováno podle statorového magnetického pole. Poloha rotoru

musí být snímána, aby se mohlo řídit přepínání proudu ve statoru a tím tak celého běhu

motoru (viz kapitola 3.2.1. Stator).

3.2.5. Ztráty

EC motor nemůže dosáhnout účinnosti DC motoru z důvodu hysterezních ztrát

vířivými proudy a ztrát způsobených ohmickým odporem ve vinutí statoru. Jeho účinnost

je o 3 – 5% nižší. Magnetické pole statoru je totiž časově proměnné. EC motor také nelze

napájet pouze DC proudem, jako je tomu u DC motoru.


- 24 -

4. ROZDÍLY MEZI AC, DC A EC POHONY

Slovo pohony zahrnuje velké množství využití všech typů motorů. Navíc slovo

pohon není jen samotný motor, součástí je i řízení, napájení a mnoho dalších komponentů,

které jsou nezbytné. Do každé aplikace se však „hodí“ jiný typ motoru. Vše se rozděluje

podle požadavků na napájení, jmenovitém momentu, záběrném momentu, výstupních

otáčkách, výstupním momentu, účinnosti, velikosti ztrát ( chlazení ), výkonu, ceně a na

dalších parametrech, kterých je spousta. ( tato kapitola inspirována [1, 4, 6])

4.1. AC pohony

Jak již bylo řečeno na začátku v kapitole 2, tyto motory se dělí na asynchronní a

synchronní.

4.1.1. Asynchronní pohony

Výhody:

- dobré provozní vlastnosti

- široké výkonové spektrum

- jednoduchá konstrukce (vysoká spolehlivost)

- většinou vyráběny ve velkých sériích => příznivá cena

Nevýhody

- problémy s regulací rychlosti (je nutno používat nákladné a složité

zdroje s proměnným napětím a frekvencí)

Aplikace:

- pohony okružních pil, ventilátorů a dalších různých domácích,

zemědělských i strojírenských aplikací

4.1.2. Synchronní pohony

Výhody:

- může pracovat ve všech čtyřech kvadrantech ( jako motor i brda /

alternátor )

- dají se použít jako polohové servopohony ( nutný přímý měnič

frekvence )

- výkony až do řádů MW

Nevýhody

- problémy s rozběhem na konstantní ( synchronní ) otáčky


- 25 -

Aplikace

- při pohonu systému s konstantními otáčkami

- při dlouhodobém provozu

- pohony čerpadel ( přečerpávací elektrárny ), ventilátorů…

4.2. DC pohony

DC motory jsou lépe popsány v kapitole 2.2.1. Jsou to stejnosměrné komutátorové

motory. Jejich výhody a nevýhody v použití v různých pohonech jsou prezentovány níže.

Výhody:

- malá hmotnost

- konstantní moment v široké škále otáček

- jednoduché řízení napětí v rotorovém vinutí (řízení rychlosti)

- nižší pořizovací cena než EC

- snadná změna smyslu otáčení ( změnou polarity budícího proudu )

- provozní charakteristiky se přizpůsobí poháněnému systému pouze

změnou buzení

- velký rozsah otáček

Nevýhody

- mechanický komutátor, omezení životnosti

- pravidelná údržba komutátoru

- rychlost otáčení je omezena komutátorem

- permanentní magnety na statoru, z toho vyplívá špatná možnost chlazení

rotorového vinutí

Aplikace:

- malé výkony

- automobilový průmysl ( el. okna, zrcátka, polohování

sedadel, vysouvání antény, naklápění světel, atd. )

- aplikace, které jsou napájeny z baterií

- střední a velké výkony

- pohony lodí, ponorek, elektromobilů, městských

trolejbusů

- v některých okrajových oblastech i čerpadla, těžní stroje


- 26 -

4.3. EC pohony

EC motory jsou svými vlastnostmi podobné DC motorům. Mohou se také

přiřazovat k synchronním motorům, jelikož se točí synchronními otáčkami. Z toho

vyplívají některé společné vlastnosti, popsané výše. Všechny níže uvedené výhody a

nevýhody se neustále mění ze stran výrobců, kteří se neustále snaží vylepšovat jejich

motory z hlediska všech parametrů.

Výhody:

- vyšší účinnost než DC motory z důvodu absence mechanického

komutátoru

- větší spolehlivost než DC

- životnost omezena pouze životností ložisek, díky elektronické komutaci

- levnější než synchronní motory

- pouze jeden regulátor proudu ( motor synchronní má 3 )

- rychlost otáčení je omezena pouze momentem setrvačnosti rotoru

Nevýhody

- vyšší pořizovací cena ( nutnost řízení proudů )

- výkon je omezen zahřátím statorového vinutí

- momentové pulzace při nižších rychlostech ( plynou z obrázku č. 14 )

- malé výstupní momenty => nutnost převodovek

Aplikace:

- robotika v široké škále odvětví ( chirurgie, automatizace, zubařské

nástroje, automobilový průmysl, RC modely), ale i spousta dalších

aplikací podobných jako u DC motorů

obr. č. 14 ( převzato z [2] ) – průběh momentu EC motoru za jednu otáčku


- 27 -

5. ŘÍZENÍ PROUDŮ EC MOTORŮ

Jelikož u EC motorů není mechanický komutátor, je potřeba statorové proudy nějak

řídit. Stejnosměrný motor musí být komutován, jinak by totiž nemohl vůbec fungovat.

Komutace je tedy zajištěna elektronicky (jak už tomu napovídá samotný název motoru EC)

v obvodu, který je součástí motoru. Řízení zajišťuje přepínání proudu do jednotlivých fází

statorového vinutí. K tomu je zapotřebí znát polohu rotoru. To je zajištěno pomocí

snímačů. Nejčastější snímače jsou magnetické, fotoelektrické nebo optické. Snímání

polohy rotoru je realizováno po 60° nebo 120° elektrických. Záleží na typu snímače.

Snímač odešle polohu rotoru do obvodu a obvod přepne směr proudu do následující fáze,

aby se rotor točil dál. Snímače se mohou lišit v různých typech motorů.

Řízení proudů může být provedeno i bez senzorů. Využívá se přitom nepřipojené

třetí fáze motoru ( vždy jsou napájeny jen dvě fáze – obr. č. 17 ), na které lze snímat zpětné

indukované elektromotorické napětí. Když je toto napětí rovno nule, tak se rotor nachází

přesně uprostřed mezi dvěma polohami. ( inspirováno z [9] )

5.1. Hallovy sondy

Rotor může být například snímán Hallovými sondami. Hallovy sondy určují

absolutní polohu rotoru. Tyto sondy se využívají v případě jednoduššího a levnějšího

provedení, které je spojeno také s obdélníkovým průběhem proudu. [1] Výhoda těchto

sond je, že při výpadku proudu si elektronika „pamatuje“ pozici rotoru. K nevýhodám

patří nízká rozlišovací schopnost.

obr. č. 15 ( převzato z [6] ) – výstupní signál Hallových sond


- 28 -

Obdélníkový průběh proudu má za následek nerovnoměrný průběh mechanického

momentu. Sinusový průběh proudu odstraňuje kolísání mechanického momentu. V tomto

případě jsou Hallovy sondy ještě doplněny o další snímač, který spolu s logickými obvody

vytváří tento sinusový signál.

Proudy do jednotlivých fází statoru jsou nejčastěji řízeny zapojením spínacích

tranzistorů (MOSFET) zapojených do tzv. trojnásobného polomostu. Do těchto spínacích

tranzistorů vstupuje signál dle obr. č. 12c. Tento signál je ještě regulován PWM (pulsně

šířková modulace). Jedna fáze je připojena ke kladnému pólu napájení, druhá k zápornému

a třetí napájena není, takže je odpojena.

obr. č. 16 (převzato z [9]) – trojitý polomost se zapojením statoru do trojúhelníka

Na následujícím obrázku č. 17 je ukázáno jak se mění směr proudu v jednotlivých

fázích včetně natočení rotoru vzhledem k působení magnetické síly.

obr. č. 17 – změny proudu ve statorovém vinutí (řez motorem)

tečka – směr proudu před nákresnu, křížek – směr proudu za nákresnu,

prázdný vodič – fáze je odpojena


- 29 -

5.2. IRC (Incremental radial senzor)

IRC senzor patří do skupiny rotačních optických senzorů. Tento senzor nemůže

sám o sobě podávat informace o poloze rotoru. Potřebuje k tomu nějaké dekódovací

zařízení. Samotné snímání polohy je realizováno pomocí osvětlování fotodiody, jejíž

výstup je v podobě „0“ a „1“.

Mezi výhody tohoto snímače patří vysoká rozlišovací schopnost polohy a možnost

přesného měření frekvence rotoru. K nevýhodám patří ztráta „paměti“ polohy rotoru při

výpadku proudu.

Všechny optické senzory mají ještě jednu nevýhodu. Jsou náchylné na nečisté

pracovní prostředí. Senzor se zanese a přestává fungovat.

5.3. Resolver

Tento typ snímače je v podstatě analogovým senzorem. Resolver je součástí

motoru, je připojen na hřídeli. Na magnetické pole rotoru reagují dvě sekundární cívky

umístěné ve statoru (viz obr. č 18) nastavené o 90° proti sobě. Střídavý proud v primární

cívce je transformován přes rotor do sekundárních cívek. Ze sekundárních cívek vystupují

dvě funkce proudu - sinφ a cosφ. Z těchto dvou výstupů se vyjádří úhel φ, který je vlastně

samotné natočení rotoru.

obr. č. 18 (převzato z [10]) – provedení resolveru

Tento typ senzoru je výhodný ve strojírenství, nepotřebuje tak častou údržbu, součástí nejsou citlivá drahá zařízení, tento senzor může zároveň vyhodnocovat natočení rotoru i jeho rychlost. [10]


- 30 -

6. MATEMATICKÉ A ELEKTRICKÉ ROVNICE EC MOTORU

6.1. Pohybové rovnice pro obecný motor

( následující rovnice přejaty z [3] )

Základní rovnice popisující chování rotující soustavy vychází z d’Alambertova

principu.

1

0n

i d

i

M M=

+ =∑

6.1.1

kde Mi jsou hnací a zátěžné momenty a Md je dynamický moment.

Jelikož je rotor uložen v ložiskách, je tedy uložen nepohyblivě do stran, proto

můžeme rovnici ( 6.1.1 ) považovat za algebraickou. Zavedeme moment motoru jako „M“

a moment pracovního mechanismu jako „Mz“. Rovnici ( 6.1.1 ) můžeme tedy přepsat na

tvar:

z dM M M− =

6.1.2

pro Md platí:

( ).d

dM J

dtω=

6.1.3

kde „J“ je moment setrvačnosti a „ω “ je uhlová rychlost soustavy, které mohou být

proměnné podle času „t“ nebo natočení „ϕ “. Můžeme rovnici upravit na tvar:

2d

d dJ d dJ d d dJM J J J

dt dt dt d dt dt d

ω ω ϕ ωω ω ω

ϕ ϕ= + = + = +

6.1.4

většina soustav má moment setrvačnosti konstantní, můžeme rovnici ( 6.1.4 ) přepsat na

tvar:

d

dM J

dt

ω=

6.1.5

Rovnici ( 6.1.5 ) můžeme, za předpokladu konstantního „J“, rozepsat do tří různých tvarů:


- 31 -

2

2, ,d d

M t Jdt dt

ϕ ϕϕ =

6.1.6

( ),d

M t Jdt

ωω =

6.1.7

( )2

,2

ddM J

dt d

ωϕϕ

ϕ =

6.1.8

( ) ( )2.

2

ddd d d

dt d dt d d

ωω ωω ω ϕϕ ϕ ϕ

= = =

6.1.9

Všechny rovnice ( 6.1.6 – 6.1.8 ) jsou platné a všechny napsány správně. Ale každá

forma je vhodná pro jiné použití. Z rovnice ( 6.1.6 ) je možné vyjádřit okamžitou polohu,

z rovnice ( 6.1.7 ) je možné vyjádřit okamžitou rychlost, z rovnice ( 6.1.8 ) je možné

vyjádřit závislost rychlosti na poloze.

6.2. Elektrické a mechanické rovnice

Když jsou v provozu dvě fáze statorového vinutí zapojeného do hvězdy, můžeme

zavést náhradní schéma:

obr. č. 19 ( převzato z [3]) – náhradní schéma statorového vinutí

Rovnice popisující náhradní schéma:

2 1 2 . 0ph ph phU E E I R− − − =

6.2.1


- 32 -

v libovolném časovém úseku můžeme napsat rovnici ( 6.2.1 ) pro okamžitý stav napětí ve tvaru:

1 2ph ph phE E E= +

6.2.2

pokud známe střední hodnotu indukovaného napětí, v tomto případě můžeme psát rovnici:

2ph

ph

U EI

R

−=

6.2.3

potřebujeme stanovit závislost rychlosti (otáček) „n“ na momentu „M“, n=f(M), musíme

ale nejdříve stanovit závislost indukovaného napětí na otáčkách. Toto provedeme pro

kosočtvercovou smyčku vinutí statoru. Odvození je ale zdlouhavé a nic neříkající, proto

rovnou zavedeme vztah pro otáčky „n“ EC motoru, za použití potřebného vtahu pro

konstantu motoru „ mk “:

m

Mk

I=

6.2.4

2

21

2ph

M M

RUn M

k kπ

= −

6.2.5

z tohoto vtahu ( 6.2.5 ) vyplívá, že je závislost n=f(M) lineární, můžeme tedy tento vztah,

za předpokladu nulového zátěžného momentu a bez ztrát, přepsat do tvaru:

1

2i

M

Un

kπ=

6.2.6

kde in jsou otáčky naprázdno. Pokud budeme chtít znát záběrný moment, zavedeme otáčky

rotoru „ 0n “ = 0:

2iH M

ph

UM k

R=

6.2.7


- 33 -

zároveň ale chceme znát záběrný proud Iz:

2z

ph

UI

R=

6.2.8

Pokud srovnáme a dosadíme do vztahu:

2 2

0.

1 1i

iH H

M c n I

M Iη

+= − = −

6.2.9

vyjádříme si závislost strmosti přímek v charakteristikách n=f(M) u EC a DC motoru, tak

zjistíme, že u EC motoru je charakteristika strmější asi o 30%.

obr. č. 20 – srovnání strmostí EC/DC

Dále můžeme zavést pojem účinnost, což je poměr výkonu „P“ ku příkonu „Pz“.

Výkon je v podstatě příkon odečtený o všechny ztráty, jak mechanické, tak elektrické.

z

P

Pη =

6.2.10

DC

EC


- 34 -

7. PŘEHLED VYRÁBĚNÝCH EC MOTORŮ NA TRHU

Každá přední firma se zabývá nabídkou všech typů motorů od střídavých

asynchronních až po motory krokové, včetně různých modifikací a doplňků. Pro ukázku

uvádím jen výtah z katalogu firmy Maxon motor. Katalogy všech předních firem na trhu

jsou obsáhlé. Proto zde uvádím odkazy na internetové katalogy a zájemci si mohou

sortiment firem prostudovat dodatečně.

-Katalog firmy Maxon motor AG je k dispozici: http://www.maxonmotor.com/

-Katalog firmy Dunkermotoren je k dispozici na: http://www.dunkermotoren.de/

data/downloads/catalogs/de/90130_BG-katalog_korrigiert.pdf

-Katalog firmy EADmotors je k dispozici na:

http://www.electrocraft.com/files/ead_bldc.pdf

7.1. Maxon motor AG

Maxon motor AG je švýcarský výrobce mikropohonů, se 40letými zkušenostmi na

trhu, který se specializuje jak na samotné motory, tak i na všechna příslušenství, potřebná

k jejich provozu. Jako jsou planetové převodovky, brzdy, řídící jednotky a také různé

senzory. Na internetu tuto firmu najdete na adrese : www.maxonmotor.com , v České

Republice je dealerem firma Uzimex Praha ( www.uzimex.cz ). ( čerpáno z [8] )

7.1.1. Válcové motory Maxon motor AG

Výrobce rozděluje své motory do tří řad:

7.1.1.1. Řada EC

V této řadě jsou dvoupólové motory od průměru 6mm a výkonu 1.2W do průměru

60mm a výkonu 400W.

Označení

(průměr

[mm])

Délka

motoru

[mm]

Jmen.

výkon

[W]

Max.

otáčky

[min-1]

Rozsah

jmenovitých

napětí [V]

Jmenovitý

moment

[mNm]

Jmenovité

otáčky

[min-1]

Další

parametry

EC 6 21 1,2 100000 1.2 0,402 ...

0,509

11900 ...

23800

KL,HALL,ENC,

MHD,GP


- 35 -

EC 10 25,6 8 80000 9,0 ... 24 1,55 ... 1,63 68200 ...

79400 KL,HALL,GP

EC 13 21,5 6 50000 6,0 ... 24 2,10 ... 2,21 19600 ...

23100 KL,GP

EC 13 33,9 12 50000 6 ... 36 4,49 ... 4,92 20400 ...

23400 KL,GP

EC 16 40,2 15 50000 12 ... 32 4,76 ... 4,96 28200 ...

33700

KL,HALL,ENC,G

P

EC 16 56,2 40 50000 12 ... 32 13,3 ... 13,9 32100 ...

37900

KL,HALL,ENC,G

P

EC 16 56,2 40 50000 12 ... 24 10,3 / 10.7 38100 /

44900 M,KL,GP

EC 22 44,5 20 50000 24 15,8 ... 16,9 5960 ...

30900

KL,HALL,ENC,R

ES,GP

EC 22 49,5 20 50000 24 8,22 ... 16,0 5900 ...

35400 INT,KL,GP

EC 22 62,7 50 50000 32 30,6 ... 37,2 20200 ...

36600

KL,HALL,ENC,R

ES,GP

EC 22 67,7 20 30000 24 / 32 8,98 ... 17,4 21000 ...

27800 INT,KL,GP

EC 22 62,7 50 50000 32 28,6 ... 34,9 21400 ...

38900 M,KL,GP

EC 32 60 80 25000 12 ... 48 39,1 ... 44,6 9470 ...

13500

KL,HALL,ENC,R

ES,GP

EC 40 7 120 18000 12 ... 48 107 ... 129 893 ...

10900

KL,HALL,ENC,R

ES,AB,GP

EC 45 111,2 150 15000 12 ... 48 163 ... 188 4200 ...

9360

KL,HALL,ENC,R

ES,AB,GP

EC 45 144 250 12000 24 ... 48 280 ... 318 4520 ...

10500

KL,HALL,ENC,R

ES,AB,GP

EC 45

(45x45) 116,5 200 10000 48 237 ... 308

3830 ...

8150

KL,HALL+ENC,

4P

EC 45

(45x45) 155,5 300 10000 48 670 3580

KL,HALL+ENC,

4P

EC 60 177,3 400 7000 48 747 ... 830 2680 ...

4960

KL,HALL,ENC,R

ES,AB,GP

KL – kuličková ložiska , SL – samomazná kluzná ložiska,ENC – možnost připojení inkrementálního snímače, DCT –

možnost připojení tachodynama, RES – možnost připojení resolveru, AB – možnost připojení brzdy, HALL – integrované Hallovy

sondy, HALL + ENC – integrované Halovy sondy spolu s inkrementálním snimačem, INT – dvoudrátové provedení motoru –

integrovaná elektronika M – sterilizovatelný 4P, 8P ... – 4-pólový, 8-pólový, ... (pokud neuvedeno, pak dvoupólový magnet) GS –

možnost připojení převodovky s předlohou, GP – možnost připojení převodovky planetové


- 36 -

7.1.1.2. Řada EC – max

V této řadě jsou dvoupólové motory od průměru 16mm a výkonu 5W do průměru


Označení

(průměr

[mm])

Délka

motoru

[mm]

Jmen.

výkon

[W]

Max.

otáčky

[min-1]

Rozsah

jmenovitých

napětí [V]

Jmenovitý

moment

[mNm]

Jmenovité

otáčky

[min-1]

Další parametry

EC-max

16 24 5 20000 4,5 ... 12

3,41 ...

3,53

4680 ...

5540 KL,HALL,ENC,GP

EC-max

16 33,5 5 20000 5,0 ... 12

2,41 ...

3,39

4390 ...

7200 INT,KL,GP

EC-max

16 36 8 20000 6,0 ... 24

7,62 ...

8,23

7110 ...

7350 KL,HALL,ENC,GP

EC-max

22 32 12 18000 6,0 ... 36

11,2 ...

11,9

6840 ...

7740

KL,HALL,ENC,AB

,GP

EC-max

22 48,5 25 18000 12,0 ... 48

21,9 ...

23,4

9610 ...

10500

KL,HALL,ENC,AB

,GP

EC-max

30 42 40 15000 12,0 ... 48

33,9 ...

35,0

6640 ...

7210

KL,HALL,ENC,AB

,GP

EC-max

30 64 60 15000 12,0 ... 48

61,3 ...

65,3

6630 ...

8260

KL,HALL,ENC,

AB,GP,MCD

EC-max

40 58 70 12000 12,0 ... 48

85,1 ...

93,7

6490 ...

7620

KL,HALL,ENC,AB

,GP

EC-max

40 88 120 12000 48 164 ... 212

2670 ...

9280

KL,HALL,ENC,AB

,GP

Vysvětlivky:

KL – kuličková ložiska , SL – samomazná kluzná ložiska ENC – možnost připojení inkrementálního snímače, DCT – možnost připojení

tachodynama, RES – možnost připojení resolveru, AB – možnost připojení brzdy HALL – integrované Hallovy sondy HALL + ENC –

integrované Halovy sondy spolu s inkrementálním snímačem INT – dvoudrátové provedení motoru – integrovaná elektronika M –

sterilizovatelný 4P, 8P ... – 4-pólový, 8-pólový, ... (pokud neuvedeno, pak dvoupólový magnet) GS – možnost připojení převodovky s

předlohou, GP – možnost připojení převodovky planetové MCD – použit v inteligentním motoru - maxon compact drive (MCD)

7.1.1.3. Řada EC – Powermax

V této řadě jsou čtyřpólové motory od průměru 22mm a výkonu 120W do průměru


Označení

(průměr

[mm])

Délka

motoru

[mm]

Jmen.

výkon

[W]

Max.

otáčky

[min-

1]

Rozsah

jmenovitých

napětí [V]

Jmenovitý

moment

[mNm]

Jmenovité

otáčky

[min-1]

Další parametry

EC-

powermax

22

66 120 25000 18,0 ... 48 69,4 ...

79,0

13400 ...

14800 KL,HALL,4P,GP

EC-

powermax

30

47 100 25000 18,0 ... 48 73,5 ...

76,3 16600

KL,HALL,ENC,AB,4

P,GP


- 37 -

EC-

powermax

30

64 200 25000 24,0 ... 48 114 ... 120 15800 ...

16200

KL,HALL,ENC,AB,4

P,GP

7.1.2. Diskové motory Maxon motor AG

Jen pro příklad uvedu výtah z katalogu diskových motorů ( řada EC flat

s integrovaným řízením ):

Označení

(průměr

[mm])

Jmenovitý

výkon

[W]

Max.

otáčky

[min-1]

Rozsah

jmenovitých

napětí [V]

Jmenovitý

moment

[mNm]

Jmenovité

otáčky

[min-1]

Další

parametry

EC 20 F

IE 2 7000 24 3,74 3000/6000

KL, GP, GS,

IP00, IP40, 2DP,

5DP

EC 20 F

IE 5 7000 24 7,5 3000/6000

KL, GP, GS,

IP00, IP40, 2DP,

5DP

EC 32 F

IE 15 7000 24 26,2 3000/6000

KL, GP, GS,

IP00, IP40, 2DP,

5DP

EC 45 F

IE 30 7000 24 65...91 3000/6000

KL, GP, GS,

IP00, IP40, 2DP,

5DP

EC 45 F

IE 50 7000 24 66...123 3000/4500

KL, GP, GS,

IP00, IP40, 2DP,

5DP

KL – kuličková ložiska, GS – možnost připojení převodovky s předlohou, GP – možnost připojení planetové převodovky, IP00, IP40:

možnosti krytí 2DP, 5DP: dvoudrátové a třídrátové provední

7.2. Dunkermotoren

Tato německá firma je na trhu od roku 1950. Má tedy dlouholeté zkušenosti. EC

motory se zabývá po dobu asi 20 let. Ve svém sortimentu zahrnuje veškeré doplňkové

zboží k motorům, jako jsou převodovky, snímače, brzdy i řídící elektronika. Vše je možno

vybrat si z pestré katalogové nabídky ( odkaz na katalog je uveden na počátku kapitoly 7 ).

Záměrně neuvádím žádné katalogové výrobky, je jich mnoho a lepší je nahlédnout

do samotného katalogu výrobce.

Pouze uvádím výrobcem prezentované rozsahy série BG:

- Nominální napětí: 12 – 360V DC

- Nominální otáčky: 2300 – 4500 ot/min

- Kroutící moment: 2.3 – 150 mNm

- Jmenovitý výkon: 6 – 530W


- 38 -

7.3. EAD motors

Firma EAD motors má sídlo v USA. Na trhu má také bohaté zkušenosti s výrobou

motorů i širokého sortimentu. Tato firma se zabývá spíše elektronicky komutovanými

servomotory. Pro zajímavost uvádím jednu vybranou položku z katalogu, aby byl zřejmý

rozdíl v uvedených parametrech servopohonu s klasickým motorem. Také je vidět rozdíl

provedení vnějšího pláště oproti klasickému motoru a to kvůli chlazení, protože vinutím

tečou větší proudy.

Tabulka 1 – hodnoty pro „NEMA 17 Brushless DC servomotor“

7.4. Další výrobci motorů

ADS/Transicoil - http://www.adstcoil.com/

Faulhaber – http://www.faulhaber.de/

Kolmorgen - http://www.danahermotion.com/

Mavilor - http://www.mavilor.es/


- 39 -

8. ZÁVĚR

V této práci jsem nastínil problematiku o elektrických a mechanických vlastnostech

EC motorů. Jsou zde uvedeny základní typy motorů a jejich základní rozdělení do skupin

střídavých a stejnosměrných motorů ( viz kapitola 2 ). V kapitole 2 jsou také znázorněny

charakteristiky těchto typů motoru. Z těchto charakteristik jsou čitelné vlastnosti motorů,

především závislost momentu na hřídeli na otáčkách a jejich výhody a nevýhody, které

jsou podrobněji popsány v kapitole 4. Jak je vidět na obrázcích číslo 5 a 6, je

charakteristika EC a DC motoru hodně podobná, téměř až stejná. U EC motoru má jen více

klesající charakter z důvodu ztrát ( jak už tepelných nebo z důvodu elektronické komutace)

ve statorovém vinutí. EC motor má ale vyšší záběrný moment.

Elektronicky komutovaný motor byl vyvinut z důvodu odstranění nežádoucích

vlivů mechanického komutátoru z DC motorů jako jsou omezení životnosti, nutnost

neustálé údržby a v neposlední řadě omezení otáček. EC motor není těmito vlivy omezen.

Má tedy životnost omezenou pouze životností ložisek a otáčky mohou vyšplhat až ke 100

000 otáček za minutu.

Bylo tedy nutné nahradit mechanickou komutaci elektronickou. Z této skutečnosti

bylo nutné přesunout vinutí z rotoru na stator a permanentní magnety ze statoru do rotoru.

Permanentní magnet na rotoru se tedy natáčí podle magnetického pole statoru a komutace

je realizována pomocí přídavného řízení statorových proudů, které je integrováno do těla

motoru. K řízení statorových proudů jsou zapotřebí čidla snímající polohu rotoru. Tyto

čidla mohou být různá ( řízení proudů – viz kapitola 5 ). Mohou to být Hallovy sondy, IRC

senzory, resolvery nebo další optická i jiná čidla snímající polohu.

Dále jsou v této práci uvedené některé matematické a elektrické rovnice, které

popisují chování motoru. Matematické rovnice jsou uvedeny pouze k momentové

podmínce. Další vztahy silové je možno získat v použité literatuře číslo [2]. Elektrické

rovnice jsou uvedeny k náhradnímu schématu ( obr. č. 19 ), které vychází z napájení dvou

ze tří fází.

Další z uvedených kapitol (7) pojednává o sortimentu nabízeném několika

světovými předními firmami. Jsou zde uvedeny odkazy na několik internetových katalogů

předních výrobců a některé další světové výrobce. Firemní katalogy jsou ale tak obsáhlé,

že provést kvalitní srovnání s ukázkou všech nabízených typů EC motorů by bylo, při

dodržení předepsaného obsahu, nemožné. Proto je zde uvedeno jen pár typů EC motorů od

firmy Maxon. Sortiment dalších firem je možné získat z katalogů. Výrobci se většinou

nespecializují jen na motory, ale i na veškeré doplňkové zboží související s požadovanými

vlastnostmi pohonu. Nabízejí nepřeberné množství řídících jednotek, snímačů polohy nebo

rychlosti, brzdy nebo převodovky, které zajišťují převod malého kroutícího momentu

motoru na větší, potřebný pro pohon soustavy.


- 40 -

EC motory jsou vhodnými pohony všude tam, kde je požadována dlouhodobá

životnost, vysoké otáčky a především miniaturní rozměry. Dalším využitím mohou být

motory krokové, neboli servopohony. Válcové nebo diskové motory jsou využívány dle

požadavků na otáčky, kroutící moment a požadavků na prostorové rozložení.

EC motory se využívají například v chirurgii pro pohony různých chirurgických

zařízení, pohony zubařských vrtaček, v robotice, v automobilovém průmyslu pro pohony

elektrických zrcátek, nastavení světel, oken, polohy sedadel, volantu a mnoho dalších

aplikací v automobilech. Další využití může být například v leteckém průmyslu, pro pohon

klapek, natáčení směrovky, vysouvání podvozku, otevírání dveří a ještě mnoho dalších

využití, nejen v letectví.

Tato práce je tedy zaměřena na elektronicky komutované motory, které

zaznamenávají v poslední době značný růst. Zároveň je prací, která je inspirována

dostupnou literaturou na dané téma a slouží ke stručnému přehledu o dané problematice.


- 41 -

9. SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY

[1] Čeřovský Z.; Javůrek J.; Pavelka J. Elektrické pohony. 1. vyd. Praha: České vysoké

učení technické v Praze, 1995. 221s. ISBN 80-01-01411-8

[2]Koláčný Josef. Elektrické mikropohony. 1. vyd. Brno: Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 173s.

[3]Koláčný Josef. Elektrické pohony. 1. vyd. Brno: Vysoké učení technické v Brně Fakulta

elektrotechniky a komunikačních technologií. 127s.

[4] Skalický Jiří. Elektrické servopohony. 2. vyd. Brno: Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektroniky a informatiky Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky, 2001. Pohony s elektronicky komutovanými motory, s. 49 – 57. ISBN 80-214-1978-4

[5] Huzlik: EC motory, [online]. (březen 2009)

URL: http://jaja.kn.vutbr.cz/~huzlik/EC%20motor.pdf

[6] Kolektiv autorů: Seriál firmy Uzimex, [online]. (duben 2009) URL: http://www.uzimex.cz/download.php?file=/soubory/20070103_maxon_serial.pdf

[7] Kolektiv autorů: Seriál firmy Uzimex, [online]. (duben 2009) URL: http://www.uzimex.cz/soubory/20031203_tat_2003-11_12.pdf

[8] Oficiální internetové stránky firmy Uzimex Praha. [online]. (květen 2009)

http://www.uzimex.cz/

[9]Povalač Aleš: Brushless DC motor controller, [online]. (březen 2009)

URL:http://www.feec.vutbr.cz/EEICT/2008/sbornik/02-Magisterske%20projekty/04-

Silnoprouda%20elektrotechnika%20a%20elektroenergetika/01-xpoval01.pdf

[10]http://www.elektromehanika.com/servo/maxon/Technology%20short%20and%20to%

20the%20point%20sensors.pdf [online]. (duben 2009)

[11]http://www.specamotor.com/ [online]. (květen 2009)