Silniki krokowe to bezszczotkowe silnik prądu stałego, którego wirnik obraca się o określony kątowy krok, gdy uzwojenie stojana jest zasilane w sposób zaprogramowany. Te silniki są powszechnie używane w aplikacjach, w których wymagane jest precyzyjne sterowanie pozycją i prędkością. Obrót wirnika następuje w stałych krokach, a każdy krok odpowiada określonemu kątowi obrotu. Możliwość sterowania silnikiem krokowym krok po kroku umożliwia precyzyjny ruch i jest osiągana poprzez wysyłanie pulsacyjnych sygnałów elektrycznych do poszczególnych faz silnika w określonej sekwencji. Silniki krokowe są odpowiednie do zadań takich jak robotyka, maszyny CNC, drukarki 3D i inne aplikacje wymagające dokładnego pozycjonowania.
Każda aplikacja tworzy swoje własne wymagania, czasem niezbędne jest zastosowanie silnika krokowego w specjalnym wykonaniu, tj. silnika z hamulcem, silnika ze zwiększonym stopniem ochrony przed pyłem i wodą , silnika krokowego z wałkiem przelotowym. Poniżej opisane są wybrane rodzaje silników oraz przykładowe ich zastosowania.
Spis treści (kliknij aby szybko przejść)
Silniki krokowe z uszczelnieniami IP
Gdy dany system ruchu narażony jest na niekorzystne dla mechanizmów czynniki zewnętrzne, takie jak kurz, pył czy woda rozwiązaniem są urządzenia z zagwarantowaną szczelnością – ze stopniem ochrony IP65, IP66, IP67, IP68, IP69… W tego typu silnikach krokowych wał najczęściej jest wykonany z stali nierdzewnej;
Czym jest stopień ochrony IP w silniku krokowym?
Stopień ochrony IP określa poziom ochrony, jaki zapewnia obudowa urządzenia przemysłowego przed wnikaniem ciał stałych i cieczy. „IP” to skrót od angielskiego Ingress Protection. To jak kod, który mówi o odporności urządzenia na wodę i kurz. Im wyższa liczba, tym lepsza ochrona. Dlatego oceny IP pomagają określić, czy urządzenie poradzi sobie w trudnych warunkach.
Silnik krokowy IP65 – co oznaczają cyfry w symbolu?
Pierwsza cyfra: Ochrona przed kurzem – „6” w IP65 oznacza, że urządzenie jest bardzo odporne na dostawanie się pył. Zaprojektowane jest tak, aby zatrzymać nawet najmniejsze cząstki, które mogą próbować przedostać się do urządzenia i powodować problemy.
Druga cyfra: Ochrona przed wodą – „5” w IP65 oznacza, że urządzenie jest chronione przed lekkimi strumieniami wody z wszystkich kierunków. Jeśli urządzenie będzie wystawione na kontakt z kroplami wody lub spryskane strumieniem wody, powinno być bezpieczne i kontynuować działanie. Niemniej jednak, IP65 nie zapewnia ochrony przed całkowitym zanurzeniem ani długotrwałym narażeniem na wodę pod wysokim ciśnieniem.
Czy silniki krokowe IP65 są wodoodporne? Jaka jest różnica między ocenami IP65 a IP67?
Seria z oceną IP65 zapewnia odporność urządzenia na pył i jest w stanie wytrzymać niskociśnieniowe strumienie wody rozpylane ze wszystkich kierunków. Ocena IP65 zapewnia pewien stopień odporności na wodę, i ważne jest, aby zauważyć, że nie daje gwarancji pełnej wodoodporności, zwłaszcza jeśli chodzi o zanurzanie urządzenia pod wodą. Natomiast urządzenia o ocenie IP67 nie tylko są odporne na strumienie wody i pył, ale także mogą wytrzymać tymczasowe zanurzenie, co sprawia, że są bardziej odpowiednie do środowisk, gdzie może występować chwilowe zanurzenie lub większe narażenie na wodę. Warto też mieć na uwadze, że wykonanie urządzenia w stopniu ochrony IP65 to zabezpieczenie tylko przed wodą i pyłem, nie obejmujące ekstremalnych warunków atmosferycznych.
Zastosowanie silników krokowych z uszczelnieniami IP
Zautomatyzowane magazynowanie. W systemach przenośników i magazynach zautomatyzowanych, gdzie sprzęt może być narażony na działanie niekorzystnych czynników środowiskowych, takich jak duże zapylenie, można zastosować silniki krokowe o stopniu ochrony IP65. Ochrona IP65 pozwala napędom niezawodnie obsługiwać systemy pakujące i transportujące różne materiały ciekłe i stałe, materiały sypkie takie jak piasek czy żwir.
Maszyny CNC. Silniki krokowe są powszechnie stosowane w maszynach sterowanych numerycznie (CNC) w celu precyzyjnego sterowania ruchem. Stopień ochrony IP65 pomaga chronić silniki przed pyłem i chłodziwem używanym w procesach obróbki. W sprzęcie do obróbki drewna można ze spokojem korzystać z silników krokowych o stopniu ochrony IP65, ponieważ są one w stanie wytrzymać ekspozycję na pyły, wióry, czy kurz i sporadyczne narażenie na płyny np. podczas czyszczenia.
Maszyny rolnicze. Kolejnym zastosowaniem silników krokowych są maszyny rolnicze. Przykładem są siewniki, które wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na precyzję dozowania nasion, korzystają z technologii opartych na silnikach krokowych. Wynika to głównie ze zdolności tych silników do zapewniania pełnej kontroli nad obrotami wirnika, co umożliwia implementację systemów sterowania zdolnych do kontroli procesu dozowania z niezwykłą precyzją. W kontekście aplikacji rolniczych, istotnym elementem jest także zastosowanie uszczelnień silnika na poziomie IP65. W przypadku wspomnianych siewników, pracujących w warunkach zewnętrznych, silniki krokowe narażone są na działanie szkodliwych dla mechanizmu silników czynników, takich jak kurz, piach czy błoto. Dlatego właśnie uszczelnienia na poziomie IP65 stają się tu niezbędne, chroniąc wnętrze silnika przed negatywnymi skutkami ekspozycji na te czynniki. Pomimo, że sam stopień IP65 nie gwarantuje bezawaryjnej pracy w ekstremalnych warunkach zewnętrznych, z doświadczenia wiemy, że silniki z uszczelnieniami mogą pracować w takich warunkach zdecydowanie dłużej niż zwykłe silniki krokowe bez ochrony. Silniki krokowe ze stopniem ochrony IP65 w maszynach rolniczych są zatem nie tylko pewnym rozwiązaniem, ale także ważnym elementem wprowadzającym precyzję i kontrolę do procesu dozowania nasion czy nawozów, przyczyniają się do zwiększonej precyzji i efektywności.
Silniki krokowe z wałkiem drążonym
Szeroka oferta silników krokowych obejmuje również silniki z wałkiem drążonym. Otwór przelotowy w wałach silników krokowych może być wykorzystywany do przeprowadzania przewodów, które przesyłają sygnały sterujące lub zasilanie do czujników, enkoderów lub innych urządzeń zainstalowanych w pobliżu silnika. Przewody lub węże mogą być używane do przesyłania materiałów lub mediów, takich jak płyny chłodzące lub smary, bezpośrednio przez wał silnika.
Używanie silników krokowych z wałem drążonym jest powszechne w robotyce, szczególnie w przypadku efektorów, czyli narzędzi końcowych robotów manipulacyjnych. W aplikacjach związanych z automatyzacją montażu, silniki krokowe z wałkiem drążonym mogą być stosowane w manipulatorach do przenoszenia zasilania i sygnałów do narzędzi chwytających, przewodów pneumatycznych do obsługi sprężonego powietrza, a także innych przewodów. W drukarkach 3D i robotach obsługujących procesy produkcji addytywnej, silniki z wałkiem drążonym mogą być wykorzystywane do przekazywania kabli elektrycznych, przewodów chłodzących czy innych mediów przez wał, co ułatwia sterowanie procesem druku.
Silniki krokowe z wałkiem drążonym mogą być wykorzystywane także do obracanych platform dla kamer w systemach fotograficznych i filmowych, w systemach prezentacyjnych dla produktów na stoiskach targowych, czy interaktywnych stołach prezentacyjnych. W aplikacjach, w których platformy obrotowe są zintegrowane z sensorami, kamerami, czy innymi urządzeniami, otwór w wałku umożliwia przeprowadzenie przewodów do przesyłania sygnałów.
Silniki krokowe z hamulcem
W systemach, w których wymagany jest zwiększony stopień bezpieczeństwa, może istnieć konieczność zastosowania silnika krokowego z hamulcem. Podczas normalnej pracy, gdy silnik krokowy jest zasilany, wykonuje on zadane kroki i obraca się zgodnie z wymaganiami aplikacji. Po wyłączeniu zasilania silnika krokowego, hamulec bezpieczeństwa się załącza i utrzymuje wał silnika w nieruchomo. Zapobiega się w ten sposób swobodnemu obracaniu się wału silnika z powodu sił zewnętrznych lub samego obciążenia. Silniki krokowe z hamulcem stosowane są więc w modułach wiszących, w osiach pionowych urządzeń, np. w osiach Z frezarek i wszystkich innych aplikacjach, gdzie swobodne opadanie osi po odcięciu zasilania jest niepożądane.
Silniki krokowe – wykonanie specjalne
Silniki krokowe stanowią niezbędne narzędzie w aplikacjach wymagających precyzyjnego sterowania pozycją i prędkością. Dzięki zdolności do kontrolowania ruchu krok po kroku, są idealne do zastosowań takich jak robotyka, maszyny CNC czy drukarki 3D. Niemniej jednak, różne aplikacje niosą ze sobą unikalne wyzwania, co wymaga specjalnego wykonania silników:
Silniki krokowe z uszczelnieniami, o stopniu ochrony IP65, są doskonałym rozwiązaniem w projektach z ekstremalnymi warunkami środowiskowymi. Ochrona przed kurzem i wodą sprawia, że są idealne do zastosowań w automatyce magazynowej, maszynach CNC, a także w rolnictwie, gdzie urządzenia są narażone na działanie szkodliwych czynników zewnętrznych. Urządzenia o ocenie IP65 są chronione przed strumieniami wody i kurzem, co czyni je odpowiednimi do scenariuszy z okazjonalnymi rozpryskami. Jeśli wymaga się wyższego stopnia odporności na wodę, należy rozważyć urządzenia o wyższych ocenach IP, takich jak IP66 lub IP67, a nawet IP69, które oferują większą ochronę przed dostępem wody, włączając tymczasowe zanurzenie. Tak więc silniki z uszczelnieniami radzą sobie w surowych warunkach, w których typowe silniki zawiodą.
Silniki krokowe z wałkiem drążonym, umożliwiającym przeprowadzanie przewodów przez ich oś, znajdują zastosowanie w robotyce, drukarkach 3D, a także urządzeniach obserwacyjnych. Ich budowa pozwala na przesyłanie różnych mediów, co sprawia, że są niezastąpione w różnorodnych aplikacjach wymagających równoczesnego sterowania ruchem i przekazywania sygnałów.
Silniki krokowe z hamulcem są niezastąpione w systemach, gdzie bezpieczeństwo odgrywa istotną rolę. Stosowane są m.in. w osiach pionowych urządzeń, zapewniając utrzymanie stałej pozycji wału silnika po odcięciu zasilania. To rozwiązanie eliminuje ryzyko swobodnego opadania osi, które jest w wielu aplikacjach niepożądane.
Wszystkie te specjalne wykonania silników krokowych odpowiadają na konkretne wyzwania różnych dziedzin, umożliwiając ich zastosowanie w bardziej zróżnicowanych i wymagających warunkach.
W kolejnych artykułach opisaliśmy:
Jaka przekładnia do silnika krokowego?
Klasa szczelności IP – co oznacza 68 67 44 65 55 54 44 20 66?
