Аксиальные двигатели с печатным статором
Мы проектируем и собираем бесколлекторные двигатели, обмотка которых выполнена не намоткой провода, а проводящим рисунком печатной платы. Каждый двигатель рассчитывается под конкретное техническое задание: момент, обороты, напряжение, посадочные размеры.
Проект реализован при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках программы «Студенческий стартап» мероприятия «Платформа университетского технологического предпринимательства» федерального проекта «Технологии».
Обмотка статора — это печатная плата. Такая замена снимает главное экономическое ограничение обычного моторостроения: зависимость стоимости изделия от размера партии.
Намоточная оснастка делается под конкретный типоразмер, и её стоимость раскладывается на партию. Печатная плата изготавливается по цифровой модели без оснастки — цена единицы одинакова хоть при одной штуке, хоть при сотне.
В статоре нет стального сердечника, поэтому магнитная проводимость зазора не зависит от угла поворота. Обесточенный вал проворачивается без рывков и фиксированных положений — важно для точного позиционирования и малошумных приводов.
Геометрия обмотки задаётся фотошаблоном, а не руками намотчика. Разброс характеристик между экземплярами определяется точностью изготовления платы.
Аксиальная (дисковая) компоновка даёт плоский двигатель. Базовое исполнение — 37 мм по оси при диаметре 100 мм.
Плата статора зажата между двумя роторами. Магниты работают навстречу друг другу через плату, поэтому магнитный поток проходит сквозь обмотку, а притяжение роторов замыкается внутри вала и не нагружает подшипники.
У нас нет складского каталога с фиксированными типоразмерами. Мы берём ваше техническое задание и считаем двигатель под него: диаметр и толщину, момент и обороты, напряжение питания, посадочные и присоединительные размеры.
Обсуждаем требуемые момент, обороты, напряжение, габарит и способ крепления. Достаточно понимания задачи — остальное подберём сами.
Считаем магнитную систему и обмотку в собственном программном комплексе, выпускаем конструкцию и производственные файлы.
Плата статора заказывается на заводе печатных плат, механика печатается и вытачивается, магнитопроводы режутся лазером. Сборка — у нас.
Каждый двигатель проходит испытания: обороты, потребляемая мощность, момент, нагрев. Результаты заносятся в паспорт изделия.
Типовой срок от согласованного технического задания до готового образца — 3–5 недель, из которых основная часть приходится на изготовление печатной платы сторонним заводом.
Печатный статор меняет не только способ изготовления обмотки. Он меняет то, как двигатель ведёт себя в работе.
Плавность вместо рывков. В статоре нет стального сердечника, а значит нет и зубцового момента: вал не залипает в предпочтительных положениях и одинаково легко останавливается в любой точке оборота. Для приводов позиционирования, оптики и точной механики это разница между «крутится» и «годится».
Лёгкий ротор — быстрый отклик. Вся активная масса собрана в двух тонких дисках. Момент инерции мал, привод охотно набирает и сбрасывает обороты и точно отрабатывает короткие перемещения.
Двигатель не греет сам себя. Стали в статоре нет — нет ни перемагничивания, ни вихревых токов в железе. На высоких оборотах остаются только потери в меди, и тепловой запас уходит на полезную работу, а не на нагрев магнитопровода.
Повторяемость вместо подгонки. Обмотка — это медный рисунок платы, изготовленный по одному и тому же файлу. Сопротивление, индуктивность и постоянная момента совпадают от экземпляра к экземпляру, поэтому настройки привода, найденные на первом двигателе, работают и на десятом.
Плоский формат. Аксиальная схема даёт диск, а не цилиндр. Двигатель встраивается туда, где для обычного мотора просто не хватает длины.
Ни один из этих параметров не закреплён навсегда. Диаметр и толщина, момент и обороты, напряжение питания, число полюсов, посадочные и присоединительные размеры — для нас это входные данные расчёта, а не свойства изделия, лежащего на складе. Мы меняем их под задачу и выпускаем производственные файлы заново.
Отправная точка разговора — диск Ø100 мм толщиной 37 мм на 24 вольта, с векторным управлением и датчиком положения. Это не каталожная позиция, а пример того, что получается из технического задания.
Уровень готовности технологии — TRL 3: ключевые характеристики подтверждены на лабораторном образце.
Все изображения — визуализация реальной конструкторской модели двигателя. Медный рисунок на плате статора соответствует производственным файлам, по которым изготовлены платы.
Технология рассчитана на задачи, где партия составляет от единиц до нескольких сотен изделий и где серийный двигатель не подходит по характеристикам или габариту.
Приводы позиционирования, где важны плавность хода и отсутствие фиксированных положений вала.
Установки и стенды с нестандартными требованиями, для которых нет серийных аналогов.
Малошумные компактные приводы со стабильными характеристиками.
НИОКР сторонних организаций, где важен короткий срок получения привода под уточняемое задание.
Программное обеспечение собственной разработки позволяет рассчитать двигатель под конкретную задачу и сразу получить готовый комплект производственных файлов. Топология обмотки строится алгоритмом по заданным характеристикам, а её корректность проверяется автоматически — поэтому срок от технического задания до заказа комплектующих измеряется днями, а не неделями.
От технических требований до производственных файлов печатной платы и твердотельных моделей механических деталей.
Комплекс проверяет межвитковые замыкания внутри катушки — дефект, который штатный контроль печатных плат не выявляет, поскольку формально это один проводник.
Изменение исходных требований влечёт автоматический перевыпуск всей документации. Это и делает возможной работу под заказчика.
Опишите задачу — ответим, реализуема ли она на этой технологии, и предложим расчёт.