Devo mudar meu sistema servo de motores escovados para motores sem escovas?

Eu tenho um robô que usa motores escovados em seu sistema servo. Estes são motores Maxon 3W, com caixas de engrenagens planetárias 131: 1. Os motores são controlados por um microcontrolador PIC, executando um controlador PID de 1kHz. Os servos são para uma aplicação de alto torque e baixa velocidade. Existe uma folga significativa entre o sensor e o motor.

A Maxon oferece motores sem escova de 12W, que são do mesmo tamanho. Estes são melhores em muitos aspectos: o dobro do torque, melhor dissipação de calor, maior eficiência.

O problema, obviamente, é que eles exigem componentes eletrônicos mais complexos. Além disso, ouvi algumas pessoas mencionarem que os motores escovados são melhores para aplicações servo, embora nunca tenham explicado o porquê.

• Alguém mais implementou esse tipo de sistema?
• Existem dicas ao usar motores escovados para servos?
• É possível utilizá-lo em baixa velocidade se eu tiver apenas 3 sensores Hall digitais integrais e nenhum codificador? (Eu preferiria não adicionar um codificador por causa do custo de dinheiro e espaço)
• É ondulação de torque provavelmente um problema?

Motores escovados são mais fáceis para sistemas servo, mas não são melhores. Muitos servo sistemas de ponta são sem escova / CA.

É possível controlar os motores em baixa velocidade com apenas 3 sensores de salão. Você realmente não deseja comutação trapezoidal, especialmente em baixas velocidades, para adicionar um codificador ou estimar a posição do rotor, se necessário.

É possível estimar a posição do rotor apenas com sensores de hall / corrente, mas se houver muitos distúrbios externos, ele não funcionará muito bem.

É improvável que a ondulação de torque seja um problema, é claro que depende da sua aplicação. Métodos de comutação mais avançados (vetor sinusoidal ou de fluxo) eliminam essencialmente a ondulação do torque.

Você diz que seu aplicativo é de baixa velocidade, mas também está usando uma caixa de velocidades 131: 1. Que RPM o motor normalmente vê? Não é realmente uma aplicação de baixa velocidade se o motor estiver funcionando a 30% + da sua rotação nominal. Mesmo os sensores de salão têm uma resolução muito alta depois de passar por tanta redução, portanto você pode realmente não precisar de desempenho de baixa velocidade no próprio motor.

IMHO Dado que o seu sistema atual possui uma folga significativa entre o sensor e os motores, não consigo imaginar um sistema sem escova piorando mesmo com a comutação por halls / trapezoidal.

Na indústria, existe uma forte preferência por motores sem escova de baixa manutenção em relação aos motores escovados de manutenção relativamente alta. Embora o primeiro possa me custar mais caro em termos do próprio motor e da eletrônica do acionamento, a redução no longo custo de manutenção geralmente excede o custo de capital extra.

Como sugere o usuário65 , você pode precisar de comutação sinusoidal para evitar a oscilação do torque em baixas velocidades, dependendo exatamente de como você projeta seu sistema e quão bem você precisa que seu controle de velocidade seja.

O artigo Um estudo de comparação dos métodos de comutação para ... possui alguns métodos interessantes de comutação de informações, que podem ser úteis.

Em última análise, porém, acho que evitar o uso de codificadores é uma economia falsa.

Ao contrário dos corredores, eles têm a vantagem distinta de não estarem ligados à rotação do motor - ou seja, não precisam ir no eixo do motor. Você pode colocá-los no lado da carga da caixa de velocidades, o que permitirá quantificar os efeitos precisos da folga na caixa de velocidades.

Isso permitiria que você realizasse a compensação de folga no software, executasse loops de servo duplo (um para rastreamento de posição com compensação de folga e outro para controle de velocidade mais imediato) e geralmente assumisse um controle muito mais preciso do sistema em alta e baixa velocidade.