Безредукторные мехатронные преобразователи

В большинстве применений целесообразным становится использование безредукторных мехатронных преобразователей (БМП), осуществляющих преобразование непрерывных [1] или дискретных [2] сигналов в перемещения. Структура БМП (рис. 1) представляет собой сочетание электромеханики и микроэлектроники, которые выполняют исполнительную и измерительную функции. Энергетика и быстродействие БМП в значительной мере определяются характеристиками моментных электродвигателей (МЭД). Опыт разработки МЭД и применения серии ДБМ в непрерывных БМП представлены в [1].

На основе МЭД типа ДБМ 185 был реализован дискретный БМП повышенной точности, компоненты которого представлены на рис. 2. Электромеханика БМП находится в особо тяжелых условиях и наработала 50 тыс. часов без ремонта и потери заданной точности преобразования, как в статике, так и в динамике. Согласно критерию Миллера динамическая ошибка в следящей системе не может быть меньше удвоенной величины мертвого хода редуктора. Последний без специальных устройств выборки зазора, увеличивающих трудоёмкость изготовления и снижающих срок службы редуктора, трудно сделать менее 5'. В БМП люфт отсутствует, поскольку объект управления, роторы МЭД и датчиков положения ротора (ДПР) связаны жёстко. Такое выполнение БМП позволяет реализовать единое информационное обеспечение процесса управления [3] по сигналам ДПР, в качестве которого используется двухотсчетный редуктосин (см. рис. 2).

Микроэлектронная часть БМП находится в более комфортных условиях и служит для преобразования квадратурных сигналов ДПР в цифровой эквивалент перемещения, дискретные сигналы коммутации обмоток МЭД и аналоговые эквиваленты скорости и ускорения перемещения, необходимые для реализации оптимального и адаптивного алгоритмов [2].

При работе МЭД в режиме вентильного электродвигателя в качестве ДПР могут использоваться бесконтактные синусно-косинусные датчики угла [1] или оптоэлектронные датчики (рис. 3). При этом регулирование скорости достигается изменением угла или алгоритма коммутации [4].

К достоинствам серии ДБМ следует отнести:

• 1.    Удобство агрегатирования нескольких МЭД на общий вал.

• 2.    Возможность эффективного отвода тепла от статора.

• 3.    Продолжительная работа при токовом форсировании.

• 4.    Достижение эффекта ресурсосбережения за счёт многократного увеличения срока службы БМП путём исключения редуктора, требующего при изготовлении трудоёмких металлорежущих операций.

Эти преимущества стали определяющими для разработки новой серии — ДБМВ, в которой реализуется преемственность по наружным диаметрам, длине пакета, значению показателей теплоотвода статора, пусковым токам.

В отличие от ДБМ новая серия МЭД ДБМВ характеризуется более широким диапазоном электромеханических выходных параметров. По сравнению с ДБМ статическая добротность увеличена

Ю.С. Смирное

Рис.1

Характеристики МЭД

Параметр ДБМВ185 ДБМ 185 ДБМВ ДБМ Пусковой ток, А 15,70 16,00 0,98 Максимальная мощность на валу, Вт 104 106 0,98 Пусковой момент не менее, Нм, 56,5 27,3 2,07 Частота вращения при XX, об/мин 71 150 0,47 Электромеханическая постоянная времени, мс 3 9 0,33 Внутренний диаметр ротора, мм по 66 1,67 Масса двигателя не более, кг 6,44 9,25 0,70 Электромагнитная постоянная времени, мс 5 3 1,67 в 1,7-3,4 раза, электромеханическая постоянная времени снижена от 2 до 4 крат, увеличен внутренний диаметр ротора [5].

Сопоставление МЭД габарита 185 (рис. 2 и 4) представлено в таблице.