Stejnosměrné motory v medicínských

aplikacích

Požadavky na motory kladené

Výkon

~ 1W manipulátory a nástroje pro operace

~ 10 W peristaltické pumpy, brusky,

~ 100 W pohony, trakce, vozíky

Kroutící moment bývá 1-100 mNm, pomocí převodovky jej lze zvýšit

Napětí 3 V - 48 V

Ampérův zákon celkového proudu

U přímého vodiče

H 2r = I

r

IldH

Lorentzova sílavíme, že F = Q v x B,

dldB

Ir0

Vodič v magnetickém poli - Lorentzova síla

F = Q v x B víme, že Q = I dt , v = dl/dt

F = I dl x B

Vodič v magnetickém poli - Lorentzova síla

F = Q v x B víme, že Q = I t , v = dl/dt

F = I dl x B

Biot-Savartův zákon

Náhradní schéma stejnosměrného motorupro ustálený stav bez budicího obvodu

Platí rovnice

U = Ui + RaIa

přičemž

Ui = c1 Φ n

M = c2 Φ IaUi – vnitřní indukované napětí

Ra – odpor vinutí kotvy

Ia – proud kotvou

n – otáčky motoru

M – kroutící moment motoru

Φ – magnetický tok v budícím obvodu

c1, c2 - konstanty závislé na uspořádání motoru

Trocha teorie

Trocha teorie

][NmP

M

][NmIcM

][WbIL

Rozdělení stejnosměrných motorů

Derivační motor

Vinutí statoru připojeno paralelně ke kotvě. Často používaný pro své konstantní otáčky nezávislé na zatížení. U menších motorků je statorové vinutí nahrazeno trvalými magnety.

Seriový motor

Seriový motor nesmí být používán bez zatížení, otáčky by šly k nekonečnu a motor by se poškodil.

Použití v oblasti pohonů

Kompaudní motor

Možnosti napájení

• Lineární změna napětí

•Nevýhoda – ztráty na regulačním prvku

• Lineární změna proudu - seriové motory, trakce

•Nevýhoda – ztráty na regulačním prvku

• Pulzní řízení

• Vícefázové napájení u krokových motorů

•Nevýhoda – složitější elektronika

Možnosti napájení

Pulzně šířková modulace (PWM) průběh napětí na motoru

Možnosti napájeníH – můstek

Umožňuje reverzovat směr pohybu a řídit rychlost buzením tranzistorů PWM signálem

Uspořádání moderních motorků

Rozsah parametrů mikromotorků a převodovek fy. MINIMOTOR

Katalogový list typických mikromotorků

PŘÍKLADMáte k dispozici následující katalogové údaje mikromotorku s permanentním magnetem. Jmenovité napájecí napětí Un= 4,5 V. Otáčky při chodu naprázdno jsou no= 16000 min-1 . Proud kotvou (rotorem) naprázdno Iao= 12 mA. Napěťová konstanta kE= 0,27 mV/min-1. Momentová konstanta kM=2,58 mNm/A. Motor napájíme ideálním zdrojem napětí. V konstantách je již obsažen i budící magnetický tok.

a) Z uvedených údajů vypočtěte odpor kotvy Ra

b) Motor nyní při jmenovitém napájecím napětí zatížíme tak, že otáčky klesnou na n1= 13000 min-1. Jaký proud v tomto režimu kotvou poteče a jakým kroutícím momentem bude motor pohánět zátěž?

c) Jakým kroutícím momentem působí motor na brzdu, když jej při jmenovitém napájení zastavíme?__________________________________________________________________________________

aain IRUU 00 aain IRUU , Pro chod naprázdno budea) Obecně platí

VknU Ei 32,400027,01600000 Vnitřní ind. napětí naprázdno

Odpor kotvy

15012,0

32,45,4

0

0

a

ina I

UUR

VknU Ei 51,300027,01300011 b) Vnitřní indukované napětí při otáčkách n1

Proud kotvou při této zátěži mAR

UUI

a

ina 66

15

51,35,411

Kroutící moment M1 mmNIkM M 17,0066,058,211

c) Proud protékající kotvou při stojícím motoru A

R

UI

a

na 3,0

15

5,42

Kroutící moment M2 mmNIkM M 774,03,058,222

Krokové motoryKrokový motor s pasivním rotorem

Cívky tvořící jednu fázi jsou spojeny do série

Vybuzená fáze přitáhne vždy nejbližší zuby tak,aby magnetický obvod měl nejmenší magnetickýodpor

Budíme-li postupně fáze A-B-C-D-A, točí se rotorproti směru hodinových ručiček

Pro otáčení ve směru hodinových ručiček budíme A-D-C-B-A

Jeden cyklus A-B-C-D-A znamená pootočení rotoru o jednu zubovou rozteč

Krokové motoryKrokový motor s aktivním rotorem

Rotor je zmagnetován a natáčí sedle magnetické polarity pólů statoru

Typy řízení krokových motorů

A. Dle polarity - unipolární (jednodušší elektronika, nižší spotřeba) - bipolární (vyšší kroutící moment)

B. Dle velikosti kroku - s plným krokem - s polovičním krokem (jemnější krok, náročnější na ovládání)

C. Dle počtu aktivních fází - jednofázové (nižší spotřeba) - dvoufázové (vyšší kroutící moment)

Označení cívek pro následující obrázky

Principelní schéma unipolárního řízení Principelní schéma bipolárního řízení

Typy řízení krokových motorů

Ventilátor z PC

Bezkomutátorové (brushless) motory

Zapojení elektroniky u PC ventilátorů