Velg riktig motor for din OEM pumpeløsning

av Brad Blum og John Batts

Masterflex, en del av Avantor, er velkjent for sine Masterflex^® og Ismatec^® pumpeteknologier av høy kvalitet. Mange OEM-er henvender seg til Masterflex sitt OEM-team når de trenger en spesialtilpasset pumpe integrert i utstyr som de utvikler. Ved valg av en pumpeløsning, må man ikke bare ta hensyn til pumpestilen, men også type motor. Når du bestemmer deg for en motor for din OEM pumpeløsning, må du huske disse mange hensynene.

Typer motor

Blant de mange ulike motortypene som er i bruk i dag, er det fire motorteknologier som dekker de fleste applikasjoner, hver med både fordeler og begrensninger, og det må tas hensyn til alle disse.

Likestrømsmotorer med børster/permanentmagnet

Likestrømsmotorer med børster eller permanentmagnet (PMDC) er av mange årsaker det foretrukne valget for kostnadssensitive applikasjoner. Utgangskostnaden for å eie dem er vanligvis lave. Mange sterke funksjoner er nyttige for mange ulike applikasjoner. Disse motorene inkorporerer interne børster som omgjør elektrisk strøm til motorbevegelse. Mange motorteknologier krever bruk av en driver for å styre driften av motoren. Likestrømsmotorer med børster trenger ikke nødvendigvis det, særlig hvis applikasjonen bare krever at motoren opererer med en fast hastighet. For applikasjoner som krever en driver for mer avansert styring, er kontrolleren for en likestrømsmotor med børster ofte rimeligere enn lignende kontrollere som brukes med andre motorteknologier.

Iboende i utformingen av en likestrømsmotor med børster er slitasjen på de interne børstene som oppstår på grunn av to primære faktorer - motorhastighet og belastningen på motoren. To mulige resultater er avhengig av typen likestrømsmotor med børster som brukes:

• I motorer der børstene ikke kan erstattes, kan børstenes levetid vanligvis variere fra 500 til 4000 timer med en faktisk levetid bestemt av mange faktorer, og deretter må motoren kasseres og erstattes.
• Motorer med utskiftbare børster har lengre levetid. Børstene på disse motorene kan skiftes ut, noe som reduserer de opprinnelige vedlikeholdskostnadene. På grunn av slitasjen på kommutatorlamellene (der børstene gnis mot inni motoren for å omgjøre elektrisk kraft til motoren), er det en begrensning på hvor mange ganger du kan bytte ut børstene før hele motorenheten må skiftes ut.

I tillegg til slitasje på børstene, krever en likestrømsmotor med børster også at det brukes en omkoder dersom det trengs streng motorhastighetsregulering, noe som øker den opprinnelige kostnaden og veier opp for en av hovedfaktorene til denne motorteknologien.

Uansett hva slags type likestrømsmotor med børster du velger, vil det økte vedlikeholdsbehovet for denne typen motorer øke de totale eierkostnadene. Derfor kan fordelene med likestrømsmotorer med børster best realiseres når de er integrert i applikasjoner som innebærer sporadisk bruk, som dosering.

Børsteløse likestrømsmotorer / BLDC-motorer

Børsteløse likestrømsmotorer er annerledes enn likestrømsmotorer med børster, siden de ikke har noen interne børster som brukes for å bære strømmen som driver disse enhetene. Børsteløse likestrømsmotorer har svært lite slitasje og krever nesten ikke noe vedlikehold gjennom hele levetiden, noe som helt klart er den største fordelen med å arbeide med denne typen motor. En ekstra fordel, siden det ikke er noen børster med i motorens design, er at det genereres svært liten partikkelmasse under drift. Det gjør at de børsteløse likestrømsmotorene er et reelt valg for medisinske enheter og andre lignende applikasjoner som er sensitive for partikler og rester.

Den mest typiske svikten skjer i girboksen som er festet foran på motoren. Girboksen reduserer motorhastigheten og øker momentet som leveres til pumpen. Giret kan slites over tid.

Uten børster eller kommutatorlameller i enheten, trenger børsteløse likestrømsmotorer et driverkort for å sørge for den nødvendige elektroniske kommutasjonen som sørger for riktig drift. Driverkortene til børsteløse likestrømsmotorer er ofte dessverre dyrere enn driverkortene som brukes med likestrømsmotorer med børster. Det medfører en ekstra oppstartskostnad for å arbeide med disse motorene. I tillegg må det brukes en omkoder for nøyaktig hastighetsstyring, noe som ytterligere øker kostnaden.

På grunn av det børsteløse likestrømsmotordesignet, er de perfekte for bruk der det kreves lang levetid, eller der motoren er på et farlig sted eller et sted som det er vanskelig å nå. I disse applikasjonene er den totale levetidskostnaden for eieren av motoren lavest, selv om oppstartskostnaden for en børsteløs likestrømsmotor er høyere, noe som gjør den til et svært godt alternativ.

Trinnmotorer

Trinnmotorer er en type børsteløs likestrømsmotor, men motorbevegelsen styres annerledes. En trinnmotor fungerer ved å dele en full rotasjon inn i et jevnt antall trinn. Motoren kan bevege seg til og stoppe ved et bestemt punkt i rotasjonen via kontrollerte impulser til interne elektromagneter. En omkoder eller lignende tilbakemeldingsmekanisme kreves ikke. Trinnmotorer har andre fordeler også, inkludert lang levetid, lite til ingen slitasje og vedlikehold, høyt startmoment, og totale kostnader, som vanligvis ligger mellom en likestrømsmotor med børster og en børsteløs likestrømsmotor.

Noen viktige begrensninger må imidlertid vurderes når det brukes trinnmotorer i en applikasjon. En begrensning er endringen i moment som kan leveres av motoren når hastigheten endres. Mens det første momentet er høyt, er tilgjengelig moment ved økte hastigheter betydelig lavere og kan føre til unøyaktigheter ved rotasjonen inkludert motorstopp.

I tillegg kan noen viktige håndgripelige effekter også begrense bruken av trinnmotorer, inkludert akustisk støy (de kan «hvine» ved høy tonehøyde), varmeutvikling på grunn av generell ineffektivitet (som kan nødvendiggjøre ventilasjon eller andre kjølingsmetoder) og mekanisk vibrasjon.

Mens trinnmotorer ikke er det foretrukne valget for kontinuerlig driftsapplikasjoner, er disse motorene et utmerket valg for gjentatte og raske doseringsapplikasjoner. De kan motstå kraftig bruk, uten noe behov for regelmessig vedlikehold, og tilbyr nøyaktig inherent proporsjonal styring og hastighetsstyring.

Likestrømsmotorer med skyggelagt pol

Likestrømsmotorer med skyggelagt pol er et annet populært motorvalg for en begrenset undergruppe av kunder og applikasjoner. I mat- og drikkeindustrien, der pumper går kontinuerlig og både startkostnader og levetidskostnader er faktorer, kan likestrømsmotorer med skyggelagt pol tilby noen betydelige fordeler:

• Lav startkostnad
• Lav eierskapskostnad grunnet nesten ikke noe vedlikehold
• Lang levetid (vanligvis kun begrenset av girkassens levetid, som børsteløse vekselstrømmotorer)
• Drift med likestrøm
• Stillegående drift
• Ingen elektromagnetisk interferens (EMI)

Begrensninger med likestrømsmotorer med skyggelagt pol må også vurderes. Den største begrensningen er driften med fast hastighet for disse motorene. Likestrømsmotorer med skyggelagt pol er designet for drift med én hastighet, bestemt av giringsforholdet som er innlemmet i deres design. Omkodere og andre tilbakemeldingsmekanismer kan ikke brukes med disse motorene for å sikre riktig rotasjonshastighet, noe som kan føre til strømningsunøyaktiggheter og variasjoner under bruk.

I tillegg har disse motorene en tendens til å generere betydelig varme, en bivirkning som bare forverres ved kontinuerlig bruk. Vanligvis må det integreres en vifte i designet for å sørge for sanntidskjøling av motorenheten. Disse motorene er ikke så kraftige som andre motortyper.

Gitt fordelene og begrensningene med disse motorene, er den generelle anbefalingen å vurdere likestrømsmotorer med skyggelagt pol for kontinuerlig applikasjoner som ikke er like sensitive for små variasjoner i strømningshastigheten. For andre applikasjoner, særlig de som involverer dosering, er det nok bedre å velge en av de andre motortypene.

Oppsummering

For å visualisere fordelene og begrensningene med hver av disse motortypene, kan du se på følgende skjema:

Utmerket -------------------------> Dårlig

Hver av de fire motorvalgene diskutert i denne artikkelen har fordeler og begrensninger, og hver motortype må vurderes når du skal velge best motor for din applikasjon.

Sist oppdatert:29/07/2021