En tant que fournisseur d'Harmonic Drives, on me demande souvent comment contrôler la vitesse de ces astucieux petits appareils. Harmonic Drives, également connu sous le nom deEngrenages à ondes de contrainte, sont des composants mécaniques uniques qui offrent une transmission de couple élevée, une taille compacte et une excellente précision de positionnement. Ils sont utilisés dans un large éventail d'applications, de la robotique et de l'aérospatiale aux équipements médicaux et à l'automatisation industrielle. Passons donc aux différentes méthodes de contrôle de la vitesse d'unEntraînement harmonique.
Comprendre les entraînements harmoniques
Avant d’aborder le contrôle de la vitesse, il est important de comprendre le fonctionnement des Harmonic Drives. Un Harmonic Drive typique se compose de trois composants principaux : un générateur d'ondes, une flexspline et une spline circulaire. Le générateur d'ondes est une came elliptique reliée à l'arbre d'entrée. Lorsque le générateur de vagues tourne, il déforme la flexspline, qui est un engrenage flexible à paroi mince. La flexspline s'engrène avec la cannelure circulaire, qui est un engrenage extérieur rigide avec légèrement plus de dents que la flexspline. Lorsque le générateur d'ondes tourne, les points de maillage entre la spline flexible et la spline circulaire se déplacent, ce qui entraîne un rapport de réduction élevé.
Cette conception unique permet à Harmonic Drives d'obtenir une transmission de couple élevée avec une structure compacte et légère. Cependant, cela signifie également que la vitesse de l'arbre de sortie est directement liée à la vitesse de l'arbre d'entrée et au rapport de réduction de l'entraînement. Ainsi, pour contrôler la vitesse d’un Harmonic Drive, nous devons contrôler la vitesse de l’arbre d’entrée.
Méthodes de contrôle de vitesse
Il existe plusieurs méthodes pour contrôler la vitesse d’un Harmonic Drive, chacune ayant ses propres avantages et inconvénients. Jetons un coup d'œil à certaines des méthodes les plus courantes.
Entraînement à fréquence variable (VFD)
L'une des méthodes de contrôle de vitesse les plus populaires consiste à utiliser un entraînement à fréquence variable (VFD). Un VFD est un appareil électronique qui contrôle la vitesse d'un moteur à courant alternatif en faisant varier la fréquence et la tension de l'alimentation fournie au moteur. En ajustant la fréquence, le VFD peut contrôler la vitesse du moteur, et donc la vitesse de l'arbre d'entrée de l'Harmonic Drive.
Le principal avantage de l’utilisation d’un VFD est sa flexibilité. Il permet un contrôle précis de la vitesse sur une large plage de vitesses et peut également fournir une fonctionnalité de démarrage et d'arrêt en douceur, ce qui réduit les contraintes mécaniques sur le système. De plus, les VFD peuvent améliorer l'efficacité énergétique en ajustant la vitesse du moteur pour répondre aux exigences de la charge.
Cependant, les VFD peuvent être coûteux et nécessitent des composants électriques et un câblage supplémentaires. Ils génèrent également de la chaleur et des interférences électromagnétiques (EMI), qui peuvent affecter d'autres appareils électroniques à proximité.
Contrôle du servomoteur
Une autre méthode courante de contrôle de la vitesse consiste à utiliser un servomoteur. Un servomoteur est un type de moteur conçu pour fournir un contrôle précis de la position, de la vitesse et du couple. Il se compose d'un moteur, d'un dispositif de rétroaction (tel qu'un encodeur) et d'un contrôleur. Le contrôleur reçoit un signal de commande de l'utilisateur ou d'un système de contrôle et ajuste la vitesse et la position du moteur en fonction du retour de l'encodeur.
Les servomoteurs offrent un excellent contrôle de vitesse et une excellente précision de position, ce qui les rend idéaux pour les applications nécessitant un contrôle de mouvement précis. Ils peuvent également fournir un couple élevé à basse vitesse, ce qui est avantageux pour les applications nécessitant un couple de démarrage élevé.
Cependant, les servomoteurs peuvent être plus chers que les moteurs à courant alternatif standard et nécessitent un système de contrôle plus complexe. Ils ont également une plage de vitesse limitée par rapport aux VFD.
Contrôle du moteur à courant continu
Les moteurs à courant continu peuvent également être utilisés pour contrôler la vitesse d’un Harmonic Drive. Les moteurs à courant continu sont relativement simples et peu coûteux, et ils offrent un bon contrôle de vitesse sur une large plage de vitesses. Il existe deux méthodes principales pour contrôler la vitesse d'un moteur à courant continu : le contrôle de l'induit et le contrôle du champ.
Le contrôle de l'induit consiste à faire varier la tension appliquée à l'induit du moteur. En augmentant ou en diminuant la tension d'induit, la vitesse du moteur peut être contrôlée. Cette méthode est simple et efficace, mais elle peut entraîner une diminution du couple à basse vitesse.
Le contrôle du champ consiste à faire varier l'intensité du champ magnétique du moteur. En diminuant l'intensité du champ, la vitesse du moteur peut être augmentée. Cette méthode est plus efficace que le contrôle d’induit à grande vitesse, mais elle peut être plus complexe à mettre en œuvre.
Sélection du rapport de démultiplication
En plus d'utiliser des méthodes de contrôle électronique de la vitesse, la vitesse d'un Harmonic Drive peut également être contrôlée en sélectionnant le rapport de démultiplication approprié. Le rapport de démultiplication d'un Harmonic Drive détermine la relation entre la vitesse de l'arbre d'entrée et la vitesse de l'arbre de sortie. En choisissant un rapport de démultiplication adapté à l'application, la vitesse de sortie souhaitée peut être obtenue sans avoir recours à des dispositifs de contrôle de vitesse supplémentaires.
Cependant, il est important de noter qu'une fois le rapport de transmission sélectionné, il ne peut pas être facilement modifié. Par conséquent, une attention particulière doit être accordée aux exigences de l'application lors du choix du rapport de transmission.
Facteurs à considérer
Lors du choix d’une méthode de contrôle de vitesse pour un Harmonic Drive, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Ceux-ci incluent :
- Exigences de candidature :Les exigences spécifiques de l'application, telles que la plage de vitesse souhaitée, les exigences de couple et la précision de positionnement, détermineront la méthode de contrôle de vitesse la plus appropriée.
- Coût:Le coût de la méthode de contrôle de vitesse, y compris le coût de l’équipement, de l’installation et de la maintenance, doit être pris en compte.
- Efficacité énergétique :L'efficacité énergétique de la méthode de contrôle de vitesse peut avoir un impact significatif sur les coûts d'exploitation du système.
- Complexité:La complexité de la méthode de contrôle de vitesse, y compris le nombre de composants et le niveau d'expertise requis pour l'installation et la maintenance, doit être prise en compte.
Conclusion
En conclusion, il existe plusieurs méthodes pour contrôler la vitesse d’un Harmonic Drive, chacune ayant ses propres avantages et inconvénients. Le choix de la méthode dépendra des exigences spécifiques de l’application, ainsi que de facteurs tels que le coût, l’efficacité énergétique et la complexité. En tant que fournisseur de variateurs harmoniques, je suis là pour vous aider à choisir la méthode de contrôle de vitesse la plus adaptée à votre application. Si vous avez des questions ou souhaitez discuter davantage de vos besoins, n'hésitez pas à me contacter pour une discussion sur l'approvisionnement.
Références
- "Harmonic Drive : principes et applications" par Tomonobu Senjyu.
- "Servomoteurs et théorie du contrôle industriel" par Ben C. Kuo.
- "Entraînements à fréquence variable : une introduction" par John McPherson.