Ist der Axialspaltmotor (Pancake) besser für Servoantriebsanwendungen geeignet?

Ein Vorteil, den ich mir vorstellen kann, ist, dass die geringe Induktivität von Axialflussmotoren bedeutet, dass sie niedrige elektrische Zeitkonstanten haben, wodurch Strom sehr schnell in den Anker fließen kann, um praktisch sofort ein Drehmoment zu erzeugen, was möglicherweise zu einer schnellen Beschleunigung und Verzögerung führen sollte wünschenswert für Hochleistungs-Servosteuerung..

ABER:

Sie werden jedoch wahrscheinlich aufgrund ihres höheren Preises und der Herstellungsherausforderungen, die im Whitepaper von magnax motors erläutert werden, nicht weit verbreitet: WP- High Efficiency Axial Flux Machines - Whitepaper v1.7

Der Pfannkuchenmotor kann auch unter mehreren Problemen leiden:

1-Hohe Trägheit aufgrund ihrer Form, die für schnelle Bewegungen möglicherweise nicht wünschenswert ist.

mehr details in: motor-sizing-calculations (source:orientalmotor.com)

2-niedrige Induktivität verursacht Probleme in der Drehmomentschleife:

Motor-Induktanz-Effekte-auf-Servoantriebe (Quelle ist doc.ingeniamc.com)

Zitat 1: „Die Motorinduktivität oder besser gesagt der Wert der elektrischen Zeitkonstante beeinflusst die Servoantriebe in vielerlei Hinsicht. Während hohe Induktivitätswerte die Systembandbreite einschränken können, können niedrige Induktivitätswerte zu Instabilitäten des Regelkreises, Ungenauigkeiten bei den Strommesswerten, erhöhten Leistungsverlusten und andere Probleme. Diese Probleme sind besonders kritisch bei Hochgeschwindigkeits-Bürstenmotoren mit sehr geringer Reibung und schneller Dynamik. Das Problem ist bei DC-Bürstenmotoren berüchtigter.

Da die Stromwelligkeit ausgedrückt werden kann als:

Zitat 2: „Positive Motorströme können bei geringer Last durch Stromwelligkeit als negativ gelesen werden. Dies führt zu instabilen Stromschleifen, die unkontrollierbar werden!“

Wenn Sie eine dynamische Positionierung durchführen möchten, müssen Sie die Last gegenüber der Motorträgheit berücksichtigen. Bei perfekter Abstimmung sind Last- und Motorträgheit nahezu gleich.

Beachten Sie, dass ein Pancake-Motor ein höheres Drehmoment, aber eine niedrigere Nenndrehzahl als ein Radialmotor hat. Es hat auch ein viel höheres Trägheitsmoment.

Ein Radialmotor wird häufig mit einer Kombination aus Getriebe verwendet, sodass Sie Last und Motorträgheit aufeinander abstimmen können. Die transformierte Lastträgheit ist dann J'=J_load/p^2 wobei p das Übersetzungsverhältnis ist. So können Sie ein hochdynamisches System mit einem Motor mit geringer Trägheit und einem Getriebe mit hohem Untersetzungsverhältnis haben.

Ein Pancake-Motor hingegen eignet sich eher für Anwendungen, bei denen kein Getriebe benötigt wird, Sie aber ein hohes Drehmoment und eine niedrige Drehzahl benötigen. Diese Anwendungen sind typischerweise Direktantriebe, kardanische Aufhängungen, ... Lasten mit hoher Trägheit. Es besteht auch die Möglichkeit, eine Hohlwelle zu haben, wo Sie Schleifringe anbringen können, um Sensoren und andere auf einem Kardanring montierte Geräte zu versorgen.

Welche Bedeutung hat nun die Lastträgheit und was bewirkt sie?

Jeder mechanische Aufbau hat seine eigene Elastizität, wie die Torsionselastizität. Zahlreiche Achsen, Zahnräder, ... bedeutet, dass eine Last wie eine Feder am Motor befestigt ist. Wir nennen das Torsionsfeder. Jetzt haben wir einen Rotor, der durch diese Torsionsfeder mit der Last gekoppelt ist. Dieses System hätte eine Resonanz- und eine Antiresonanzfrequenz. Wenn die Last und der Rotor die gleiche Trägheit haben, dann sind diese beiden Frequenzen identisch.

Wenn die Trägheiten nicht übereinstimmen, erhalten Sie eine niedrigere Resonanzfrequenz, was bedeutet, dass sie schwieriger herauszufiltern ist. Das gesamte System muss auf eine langsamere Dynamik abgestimmt werden, um diese zu dämpfende Resonanz zu vermeiden.

Referenzlink

Ein weiteres Resonanzglied

Angenommen, wir haben einen Radialmotor mit montiertem Encoder oder Bremse, die Rotorträgheit wird nun zur Summe aller Trägheiten: Rotor + Encoder + Bremse. Warum? Weil sie starr auf dem Rotor montiert sind und keine Elastizität zwischen ihnen ist. Jetzt haben wir also die Trägheit des Motorrotors geändert. Alles, was am Rotor starr gekoppelt ist, wird zu einem Teil des Rotors, nicht zu einer Last.

Bei einem Pancake-Motor könnte man sagen, dass der mechanische Aufbau nahezu perfekt ist, wenn der Rotor unter Last steif montiert ist. Daher erhalten Sie nur eine Haupteigenresonanzfrequenz, die die maximale Dynamik des Systems bestimmt. Dies ist ein Hauptvorteil, wenn Sie ein hochdynamisches System wünschen.

BEARBEITEN:

Ein Closed-Loop-System wie ein Servo muss vorzugsweise eine niedrige Reaktionszeit, auch bekannt als hohe Dynamik, haben. Dies kann durch Erhöhen der Gesamtverstärkung - Schleifenverstärkung, durch Erhöhen der Proportionalverstärkung des Reglers erreicht werden. Wenn Sie sich nun das Bode-Diagramm ansehen, können Sie feststellen, dass das System am Knoten eine beträchtliche Verstärkung und, was noch wichtiger ist, eine Phasenverschiebung von -180 Grad aufweist. Das heißt, das System beginnt genau bei der Resonanzfrequenz zu schwingen. Beim Einstellen des Servos muss die Verstärkung also so sein, dass immer ein sicherer Spielraum vorhanden ist, um stabil zu bleiben. Da die Knotenverstärkung kleiner ist und eine höhere Frequenz hat, kann das System eine höhere Verstärkung und somit eine dynamischere Reaktion haben. Die letzte Möglichkeit, die Dynamik zu verbessern, besteht darin, Tiefpassfilter, Kerbfilter usw. hinzuzufügen. Wenn der Rotor starr an eine Last gekoppelt ist, wie z.

Daher ist die Trägheit aufgrund dieser Resonanzknoten für Servosysteme mit geschlossenem Regelkreis sehr wichtig.

Referenz - Siemens S120