Trong thiết bị tự động hóa và hệ thống điều khiển chuyển động chính xác, động cơ bước không chỉ cần cung cấp khả năng định vị chính xác mà còn cần duy trì vị trí của chúng khi dừng hoặc mất điện.
Động cơ bước tiêu chuẩn dựa vào mô-men xoắn giữ điện từ để duy trì vị trí khi được cấp điện. Khi tắt nguồn, mô-men xoắn giữ này biến mất và tải bên ngoài có thể làm trục động cơ quay.
Để giải quyết vấn đề này, động cơ bước có phanh được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng yêu cầu giữ vị trí đáng tin cậy.
Nhưng động cơ bước có phanh hoạt động như thế nào? Nó phù hợp với những ứng dụng nào? Và bạn cần xem xét những gì khi chọn một chiếc?
Động cơ bước có phanh là một động cơ bước được trang bị thêm cơ chế phanh. Chức năng chính của nó là giữ cơ học trục động cơ khi động cơ dừng hoặc mất điện, ngăn chặn chuyển động không mong muốn do trọng lực hoặc lực bên ngoài.
Phổ biến nhất, động cơ bước có phanh sử dụng cơ chế phanh bằng lò xo, tác động bằng điện từ.
Nguyên lý hoạt động như sau:
Bật nguồn – Phanh nhả: Khi cuộn dây phanh được cấp điện, lực điện từ sẽ nhả phanh, cho phép trục động cơ quay bình thường.
Tắt nguồn – Phanh đóng: Khi nguồn điện đến cuộn dây phanh bị ngắt, một lò xo bên trong sẽ ép đĩa ma sát vào bề mặt phanh, đóng phanh.
Giữ vị trí: Phanh vẫn đóng mà không cần cấp điện, giúp ngăn trục đầu ra quay dưới tải trọng bên ngoài.
Thiết kế này thường được gọi là phanh tác động bằng lò xo, nhả bằng điện.
Điều quan trọng cần lưu ý là loại phanh này chủ yếu được thiết kế để giữ tĩnh thay vì dừng động tốc độ cao thường xuyên. Trong điều kiện hoạt động bình thường, phanh nên được nhả trước khi động cơ bắt đầu quay.
Động cơ bước có phanh đặc biệt phù hợp với thiết bị liên quan đến tải trọng thẳng đứng, giữ vị trí khi mất điện hoặc các ứng dụng yêu cầu bảo vệ bổ sung chống lại chuyển động bất ngờ.
Hệ thống nâng hạ thẳng đứng là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của động cơ bước có phanh.
Ví dụ bao gồm các sàn nâng tự động, thiết bị nâng vật liệu và thiết bị xử lý tự động.
Khi động cơ dừng, trọng lực có thể làm tải di chuyển xuống dưới, có khả năng làm trục vít me hoặc cơ cấu truyền động quay ngược lại.
Động cơ bước có phanh có thể khóa trục động cơ khi mất điện, giúp ngăn chặn chuyển động không mong muốn của tải.
Trong các dây chuyền sản xuất tự động, một số cơ cấu định vị phải giữ ở vị trí cố định khi hoạt động dừng lại.
Các ứng dụng điển hình bao gồm:
Hệ thống nạp và dỡ hàng tự động.
Sàn xử lý vật liệu.
Trạm làm việc định vị tự động.
Cơ cấu vận chuyển thẳng đứng.
Khi thiết bị tạm dừng hoặc gặp sự cố mất điện, phanh giúp duy trì vị trí cơ học và giảm nguy cơ chuyển động tải không mong muốn.
Một số thiết bị y tế sử dụng động cơ để điều chỉnh chiều cao, góc độ và vị trí.
Ví dụ bao gồm giường bệnh viện điện tử, thiết bị khám bệnh và một số thiết bị phục hồi chức năng.
Sau khi hoàn thành việc điều chỉnh, các thiết bị này cần duy trì vị trí tương đối ổn định.
Động cơ bước có phanh có thể cung cấp khả năng giữ cơ học khi mất điện, giúp cải thiện độ an toàn và độ tin cậy của các cơ cấu chuyển động này.
Các ứng dụng y tế cụ thể cũng phải xem xét các tiêu chuẩn an toàn liên quan, phanh dự phòng và các yêu cầu bảo vệ lỗi.
Trong một số máy CNC và hệ thống định vị chính xác, động cơ điều khiển vị trí của bàn làm việc, dụng cụ và các bộ phận chuyển động khác.
Đối với các trục chuyển động thẳng đứng, các bộ phận cơ khí có thể dịch chuyển sau khi động cơ dừng nếu không có cơ cấu giữ hiệu quả.
Động cơ bước có phanh có thể cung cấp lực giữ cơ học khi mất điện, giảm nguy cơ chuyển động không mong muốn.
Tuy nhiên, đối với các trục chuyển động ngang có cấu trúc tự khóa hoặc giữ cơ học đáng tin cậy, phanh bổ sung không phải lúc nào cũng cần thiết.
Một số khớp nối robot và cánh tay robot tự động cần duy trì vị trí cụ thể khi hoạt động dừng lại hoặc mất điện.
Đối với các khớp mang tải trọng trọng lực, cánh tay cơ khí có thể bị rơi hoặc quay dưới trọng lượng của chính nó nếu không có cơ chế phanh hiệu quả.
Động cơ bước có phanh có thể cung cấp khả năng giữ vị trí bổ sung cho các khớp này.
Tuy nhiên, các ứng dụng robot yêu cầu xem xét cẩn thận tải trọng khớp nối, quán tính, thời gian phản ứng của phanh và các yêu cầu an toàn. Phanh tích hợp của động cơ không nên được coi là biện pháp bảo vệ an toàn duy nhất.
Sự khác biệt chính là động cơ có chức năng phanh cơ học độc lập hay không.
| Đặc điểm | Động cơ bước tiêu chuẩn | Động cơ bước có phanh |
|---|---|---|
| Cấu trúc cơ bản | Chỉ động cơ | Động cơ + Phanh |
| Hoạt động có điện | Có | Có |
| Giữ khi có điện | Mô-men xoắn giữ điện từ | Mô-men xoắn giữ điện từ |
| Giữ khi không có điện | Không có phanh cơ học theo mặc định | Có phanh cơ học |
| Ngăn tải rơi | Yêu cầu các biện pháp bổ sung | Cung cấp khả năng phanh bổ sung |
| Độ phức tạp cấu trúc | Tương đối đơn giản | Phức tạp hơn |
| Chi phí | Tương đối thấp | Tương đối cao |
Điều quan trọng cần hiểu là động cơ bước có phanh không nhất thiết mang lại độ chính xác định vị cao hơn.
Phanh chủ yếu được thiết kế để giữ khi mất điện. Độ chính xác định vị vẫn phụ thuộc vào thiết kế điện từ của động cơ, phương pháp truyền động và hệ thống điều khiển.
Việc chọn động cơ bước có phanh đòi hỏi nhiều hơn là chỉ kiểm tra kích thước khung và mô-men xoắn giữ. Phanh cũng phải phù hợp với tải trọng thực tế và yêu cầu ứng dụng.
(1) Mô-men xoắn phanh
Mô-men xoắn phanh xác định lực giữ cơ học mà phanh có thể cung cấp.
Việc lựa chọn cần xem xét trọng lượng tải, cấu trúc truyền động, tỷ số truyền và hệ số an toàn phù hợp để đảm bảo khả năng phanh đủ.
(2) Mô-men xoắn giữ của động cơ
Mô-men xoắn giữ đề cập đến khả năng của động cơ chống lại các lực quay bên ngoài khi được cấp điện và đứng yên.
Mô-men xoắn giữ của động cơ và mô-men xoắn phanh là hai thông số khác nhau và không nên dùng lẫn cho nhau.
(3) Điện áp phanh
Phanh điện từ thường yêu cầu nguồn điện độc lập.
Kiểm tra điện áp định mức, dòng điện và điều kiện nhả của phanh để đảm bảo tương thích với hệ thống điện của thiết bị.
(4) Thời gian phản ứng của phanh
Phanh cần một khoảng thời gian nhất định để đóng lại sau khi nguồn điện bị ngắt.
Đối với các ứng dụng liên quan đến tải trọng thẳng đứng, thời gian phản ứng của phanh và trình tự điều khiển giữa động cơ và phanh phải được xem xét để ngăn chặn chuyển động tải trước khi phanh đóng hoàn toàn.
(5) Kích thước lắp đặt và giao diện cơ khí
Kiểm tra kích thước khung động cơ, chiều dài thân, kích thước trục và cấu trúc phanh để đảm bảo tương thích với thiết bị hiện có.
Đối với thiết bị chủ yếu di chuyển theo chiều ngang, nơi cơ cấu truyền động cơ khí đã cung cấp khả năng tự khóa đủ, động cơ bước tiêu chuẩn có thể là đủ.
Tuy nhiên, động cơ bước có phanh nên được xem xét khi một ứng dụng có các đặc điểm sau:
Tải trọng thẳng đứng bị ảnh hưởng bởi trọng lực.
Yêu cầu duy trì vị trí sau khi mất điện.
Nhu cầu ngăn chặn chuyển động tải không mong muốn trong quá trình tắt thiết bị.
Yêu cầu khả năng giữ khi mất điện bổ sung.
Yêu cầu giữ vị trí đặc biệt trong các điều kiện hoạt động cụ thể.
Hơn nữa, đối với thiết bị nâng hạ có nguy cơ an toàn cho con người, phanh động cơ không thể thay thế cho các biện pháp bảo vệ cơ học độc lập, hệ thống phanh an toàn hoặc các thiết bị an toàn bắt buộc khác.
Động cơ bước có phanh tích hợp cơ chế phanh điện từ vào động cơ bước tiêu chuẩn, cung cấp khả năng giữ cơ học bổ sung khi mất điện.
Nó đặc biệt phù hợp với thiết bị nâng hạ thẳng đứng, dây chuyền sản xuất tự động, thiết bị y tế, hệ thống định vị CNC và một số ứng dụng robot.
Khi chọn động cơ bước có phanh, điều cần thiết là phải xem xét mô-men xoắn giữ của động cơ, mô-men xoắn phanh, quán tính tải, thời gian phản ứng của phanh và kích thước lắp đặt.
Việc lựa chọn động cơ bước có phanh phù hợp có nghĩa là đáp ứng không chỉ các yêu cầu về điều khiển chuyển động mà còn đảm bảo hiệu suất giữ tải đáng tin cậy khi động cơ dừng hoặc mất điện.
Đối với các nhà sản xuất động cơ bước, việc cung cấp sự kết hợp phù hợp giữa động cơ và cơ chế phanh dựa trên cấu trúc thiết bị của khách hàng và yêu cầu tải trọng thực tế là điều cần thiết để đạt được khả năng điều khiển chuyển động đáng tin cậy.
english
français
Deutsch
Italiano
Русский
Español
português
Nederlandse
ελληνικά
日本語
한국
العربية
हिन्दी
Türkçe
indonesia
tiếng Việt
ไทย
বাংলা
فارسی
polski