Los motores de transmisión directa funcionan de manera muy similar a la mayoría de los motores de CC sin escobillas. Los imanes están unidos al rotor del motor y los devanados están dispuestos en el estator del motor. A medida que los devanados se energizan, producen campos electromagnéticos que atraen o repelen los imanes del rotor. La conmutación o conmutación adecuada de potencia a los devanados produce un movimiento controlado. Hay motores de accionamiento directo lineales y rotativos, pero las versiones rotativas son, con diferencia, las más utilizadas.
Direct drive motors with diameters of >1m are possible, able to produce a torque of >10,000Nm. Muchos motores de transmisión directa no tienen marco, lo que significa que se suministran sin carcasa, cojinetes ni sensor de retroalimentación. Esto permite a los fabricantes de máquinas e integradores de sistemas optimizar el diseño de sus carcasas, ejes y rodamientos para optimizar el tamaño, la forma, el peso y el rendimiento dinámico generales.
Las dos razones principales por las que un ingeniero de diseño elige una transmisión directa son el rendimiento dinámico y el factor de forma. En lugar de trabajar con un acoplamiento, caja de cambios, correas o cadenas, un motor de transmisión directa se conecta directamente a la carga para que no haya histéresis, contragolpe o "pérdida de movimiento" en ninguna dirección del movimiento. No se debe subestimar la ventaja de diseño que se obtiene con motores que son bastante planos con un gran orificio en el medio, lo que permite el paso de anillos colectores, tuberías y cables.
Las ventajas del enfoque de accionamiento directo incluyen:
Excelente rendimiento dinámicoy control preciso de la posición y/o velocidad
Sin juego ni desgaste
Alta confiabilidaddebido al bajo número de piezas y eliminación de engranajes, poleas, sellos, cojinetes, etc.
Compacto– Posibilidad de altura axial reducida y gran diámetro interior.
Ondulación de par bajao 'engranaje'
Eficiencia energéticade la erradicación de pérdidas en elementos mecánicos intermedios
Bajo ruido acústicoo vibración autoinducida
Ningún/bajo mantenimiento
Bajos requisitos de refrigeracióngracias a su ventajosa geometría térmica
Espacios de aire relativamente grandes– fácil instalación y resistencia a los golpes.
La principal desventaja suele ser más percibida de lo real: a menudo se piensa que los motores de accionamiento directo (motores DD) son más caros que los motores tradicionales. Si bien esto puede ser cierto en una simple comparación 1:1, una visión más holística (teniendo en cuenta la erradicación de engranajes intermedios, acoplamientos y mantenimiento, así como una reducción en la simplificación mecánica general) muestra que las disposiciones de transmisión directa son, quizás Sorprendentemente, es la solución óptima en términos de costo y rendimiento en muchas aplicaciones.
Los ejemplos clásicos de aplicaciones de accionamiento directo se encuentran en cardanes como sistemas de antena (por ejemplo, comunicaciones por satélite montadas en vehículos), cámaras de vigilancia y CCTV, escáneres, telescopios, electroópticos, tablas de tarifas y sistemas de radar. También hay aplicaciones en máquinas herramienta CNC, equipos de embalaje, robótica e incluso tocadiscos de alta gama.
Si el orificio del accionamiento directo es bastante pequeño (<2") there is a wide choice of position feedback sensors based on optical, magnetic, capacitive, and inductive technologies. For larger bores, the primary options are frameless resolvers, ring encoders, and inductive encoders.
Resolvedores sin marco
Un resolutor cuya altura axial es pequeña en comparación con su diámetro puede denominarse resolutor sin marco, resolutor de losa o resolutor tipo panqueque. Estrictamente hablando, "sin marco" significa que se ha eliminado la carcasa del resolutor, pero muchos ingenieros utilizarán el término sin marco cuando se refieren a un resolutor de baja altura y gran diámetro.
La mayoría de los resolutores no tienen escobillas en lugar de tener escobillas, pero todos se basan en principios de transformador. Es decir, son sensores de ángulo inductivos. A medida que la posición del rotor de un resolutor varía en relación con su estator, el acoplamiento electromagnético entre el rotor y el estator varía. Esto se puede ver como las señales de salida del resolutor varían de forma sinusoidal en relación con la excitación o la señal de entrada.
Algunos resolutores se denominan "velocidad única", "dos velocidades", "cuatro velocidades", etc. Esto se refiere al número de veces que la salida del resolutor varía de forma única en 1 revolución. La salida de un resolutor de una sola velocidad es única en 1 revolución; la salida de un resolutor de dos velocidades es única en cualquier giro de 180 grados dentro de 1 revolución; la salida de un resolutor de cuatro velocidades es única en cualquier ángulo de 90 grados dentro de 1 revolución, y así sucesivamente.
Los solucionadores tienen un excelente historial en aplicaciones relacionadas con la seguridad, especialmente en la industria aeroespacial civil. Son extremadamente resistentes y fiables, pero tienden a ser voluminosos, pesados y difíciles de personalizar.
Codificadores de anillo
Los codificadores de anillo también se conocen como codificadores de orificio hueco grande o codificadores de eje pasante de gran tamaño. Al igual que con los resolutores sin marco, todos estos términos se refieren a un codificador cuya altura axial es pequeña en comparación con su diámetro. Los codificadores de anillo suelen ser ópticos o magnéticos.
El codificador óptico emplea el escaneo de una rejilla fina o "escala" iluminada por una fuente de luz LED. La escala, rotativa o lineal, está formada por "líneas" transparentes y opacas que se disponen en un ciclo de trabajo 50-50. El número de regiones transparentes en el disco corresponde al paso de escala que define la resolución del codificador. El sensor genera una tensión proporcional a la intensidad de la luz incidente. A medida que el sensor se mueve con respecto a la escala, el voltaje varía de forma sinusoidal. Los codificadores ópticos ofrecen altos niveles de precisión pero son relativamente frágiles y susceptibles a los contaminantes.
Un codificador magnético emplea una pista magnética multipolar. El sensor, de efecto Hall o magnetorresistivo, mide el cambio en el flujo magnético a medida que los polos magnéticos se mueven en relación con el sensor. Las señales seno y coseno se pueden generar como en el codificador óptico. Los codificadores magnéticos son resistentes, compactos y pueden resultar muy rentables. Sin embargo, son susceptibles a los campos magnéticos. Es difícil producir una pista magnética de paso fino que limite la resolución. La repetibilidad se ve comprometida por la histéresis y los cambios de precisión en un rango de temperatura de funcionamiento. La pista magnética es relativamente frágil y puede ser susceptible a golpes.
Codificadores inductivos
Los codificadores inductivos (IncOders) utilizan la misma física fundamental que los resolutores pero ofrecen las mismas salidas eléctricas digitales que un codificador óptico. Esto significa que ofrecen la misma robustez y confiabilidad que un resolutor pero con una interfaz eléctrica fácil de usar.
A diferencia de un resolver, toda la electrónica necesaria para el funcionamiento se encuentra dentro del estator del IncOder. Esto significa que la interfaz eléctrica suele ser un suministro de CC de bajo voltaje que produce una salida de datos digitales que representa un ángulo absoluto o un cambio de ángulo.
A diferencia de un codificador de anillo, la medición del IncOder no se realiza sólo en un punto sino en todas las caras planas del rotor y el estator. Esto significa que los IncOders son mucho menos susceptibles a imprecisiones debidas a una rotación no concéntrica, lo que hace que su instalación sea relativamente fácil.