Застосування мікрокрокового двигуна в пилососі

Зі стрімким розвитком розумних будинків роботизовані пилососи стали стандартним обладнанням для сучасного прибирання. Серед численних основних компонентів підлогоміток мікрокрокові двигуни відіграють дедалі важливішу роль завдяки своїм перевагам точного керування, низького рівня шуму та тривалого терміну служби. У цій статті буде розглянуто конкретні сценарії застосування, технічні переваги та моменти вибору мікрокрокових двигунів у підлогомітках.

Що таке мініатюрний кроковий двигун

Мікрокроковий двигун – це виконавчий механізм, який перетворює електричні імпульсні сигнали на кутове або лінійне переміщення. На відміну від звичайних двигунів постійного струму, він обертає ротор на фіксований кут (так званий кут кроку) щоразу, коли отримує імпульсний сигнал. Ця функція «керування з розімкнутим контуром» дозволяє мікрокроковим двигунам досягати точного позиціонування без необхідності використання енкодерів, що робить їх особливо придатними для інтелектуальних пристроїв, таких як засоби для миття підлоги, які чутливі до обсягу та вартості.

Чотири основні застосування мікрокрокових двигунів у підлогомітачах

1. Рушійна основа навігаційної системи лазерного радара (LDS)

Наразі всі основні підмітальні машини середнього та високого класу використовують технологію лазерної радіолокаційної навігації. Модулі LDS потребують високої швидкості обертання (зазвичай 300-600 об/хв) для сканування навколишнього середовища, а також мають надзвичайно високі вимоги до стабільності швидкості. Мікрокрокові двигуни є ідеальним вибором для драйверів LDS завдяки їхнім наступним характеристикам:

Точний контроль швидкості:Регулюючи частоту імпульсів, можна точно контролювати швидкість, щоб забезпечити рівномірність збору даних хмари точок.

Характеристики з низьким рівнем вібрації:Порівняно зі щітковими двигунами, крокові двигуни працюють плавніше, зменшуючи перешкоди для модулів лазерного локатора.

Тривалий термін служби:Розроблений без зносу електричних щіток, загальний термін служби машини може сягати тисяч годин 

У практичному застосуванні модулі LDS часто використовують мікрокрокові двигуни з постійними магнітами діаметром 25 мм у поєднанні з алгоритмами керування із замкнутим циклом для підтримки низького рівня шуму (зазвичай нижче 40 дБ) під час обертання на високій швидкості.

2. Підйом та регулювання швидкості бічної щітки підмітальної машини

Нижня щітка підмітальної машини відповідає за збирання сміття в кутах стін та з країв меблів у основний діапазон щітки. У традиційних конструкціях для обертання щітки використовуються звичайні двигуни постійного струму, але вони не можуть контролювати висоту її розташування. Після впровадження мікрокрокових двигунів можна досягти:

Адаптивний підйом: Коли підмітальна машина виявляє килими або пороги, кроковий двигун точно керує щіткою для прибирання, щоб підняти її на 5-8 мм, уникаючи заплутування.

Регулювання кількох швидкостей:автоматично перемикається між швидкостями 200-400 об/хв для різних підлогових матеріалів, таких як дерев'яна підлога, плитка, килими тощо

Захист від перенаправлення опору:Виявляючи стан несинхронізації крокового двигуна, досягається інтелектуальне реверсування, коли крайова щітка зустрічає опір.

У цьому застосуванні зазвичай використовується невеликий кроковий двигун у поєднанні з гвинтовим механізмом для досягнення лінійного руху.

3. Точне керування заслінкою вентилятора

Сила всмоктування підмітальної машини залежить не лише від швидкості вентилятора, але й тісно пов'язана зі станом відкриття та закриття повітропроводу. Деякі моделі високого класу використовують мікрокрокові двигуни для керування дефлектором повітряних дверей:

Безступеневе регулювання всмоктування:від слабкого всмоктування в безшумному режимі до сильного всмоктування в потужному режимі, лінійно регульоване 

Герметизація пилозбірника:Під час вимкнення кроковий двигун керує перегородкою, щоб повністю закрити повітропровід, запобігаючи зворотному потоку пилу.

Оптимізація енергозбереження:Точно контролюйте відкриття повітряних дверей, щоб зменшити навантаження на вентилятор, коли не потрібне високе всмоктування 

У цьому сценарії застосування здатність мікрокрокових двигунів підтримувати крутний момент є особливо важливою, оскільки вони можуть зберігати положення перегородки навіть у разі відключення живлення.

4. Модуль підйому буксирування та вібрації

В останні роки мікрокрокові двигуни також відіграли важливу роль у популярних універсальних сканувальних та миючих пристроях.

Механізм підйому швабри:Коли килим розпізнається, кроковий двигун піднімає кронштейн швабри на 10-12 мм, щоб уникнути намокання килима

Імітація вібрації витирання рук:Швидко перемикаючись між обертанням крокового двигуна вперед і назад, швабра може досягати горизонтальної зворотно-поступальної вібрації, покращуючи ефект очищення стійких плям.

Регулювання тиску притиску:Точно контролюйте тиск швабри на землю відповідно до різних ґрунтових матеріалів (зазвичай у діапазоні 5-15 Н) 

Переваги мікрокрокових двигунів порівняно з іншими двигунами

Порівняльний проект: Мікрокроковий двигун, щітковий двигун постійного струму, безщітковий двигун постійного струму

Висока точність позиціонування (розімкнутий цикл) вимагає використання енкодера

Контроль складності є простим, зрозумілим і складним

Відмінний крутний момент на низьких обертах, загалом поганий

Низький, середній, високий та низький рівні шуму

Середня низька висока вартість

Довге, коротке, довге життя

Для підмітальних машин мікрокрокові двигуни забезпечують точне керування положенням без необхідності зворотного зв'язку в замкнутому циклі, що має незамінну перевагу в механізмах навігації та підйому LDS.

Ключові моменти для вибору мікрокрокових двигунів для підлогоміток

Під час розробки продуктів для підмітальних машин, вибір мікрокрокових двигунів повинен враховувати такі параметри:

Зовнішні розміри:зазвичай 20 мм, 25 мм, 28 мм квадрат, повинні відповідати внутрішньому простору виробу

Підтримуйте крутний момент:Для застосувань LDS потрібно 0,1 Н·м або більше, а для підйомних механізмів — 0,2–0,3 Н·м.

Номінальний струм:зазвичай 0,5-1,0 А, враховуючи можливості керуючого чіпа

Кут кроку:1,8° підходить для LDS, 0,9° підходить для підйомних механізмів, що потребують більш точного керування

Робоча температура:Внутрішня температура підмітальної машини може досягати 60 ℃, тому необхідно вибрати двигун з температурною стійкістю ≥ 100 ℃.

часто задавані питання

З: Чи легко мікрокрокові двигуни втрачають такт у підлогомішальних машинах?

A: Доки крутний момент навантаження не перевищує 70% від крутного моменту утримання та встановлено відповідну криву розгону та уповільнення, втрата кроку трапляється надзвичайно рідко. Моделі високого класу використовуватимуть замкнутий кроковий привід для контролю положення ротора в режимі реального часу.

З: Чи споживає мікрокроковий двигун електроенергію?

A: Порівняно з вентиляторами та двигунами головних щіток, крокові двигуни мають дуже низьке енергоспоживання (зазвичай 1-3 Вт). Однак слід зазначити, що кроковий двигун все одно споживає струм під час збереження положення, і конструкція повинна уникати тривалого збереження стану навантаження.

З: Як зменшити шум крокових двигунів?

A: Використання технології сегментованого водіння, оптимізація кривих розгону та уповільнення, а також додавання амортизуючих гумових прокладок до корпусу двигуна можуть ефективно зменшити робочий шум.

Тенденції майбутнього розвитку

З розвитком пилососів у напрямку розумніших, тихіших та тонших напрямків, технологія мікрокрокових двигунів також постійно розвивається:

Інтегрований драйвер:Інтегруйте мікросхему драйвера з двигуном в одному корпусі, щоб зменшити розмір друкованої плати

Безшумна технологія:використання нової конструкції магнітної схеми та гнучких матеріалів шестерень для подальшого зниження робочого шуму

Ультратонкий двигун:висота може бути стиснута до 12 мм, що підходить для конструкції надтонких підмітальних машин

Висновок

Незважаючи на невеликі розміри, мікрокроковий двигун є ключовим компонентом для досягнення точної навігації, інтелектуального уникнення перешкод та адаптивного прибирання в підлогомішальних машинах. Для інженерів-дослідників та розробників пилососів глибоке розуміння робочих характеристик та методів вибору мікрокрокових двигунів може допомогти в розробці продуктів з кращою продуктивністю та вищою надійністю. З популяризацією роботів для обслуговування дому, сценарії застосування мікрокрокових двигунів ще більше розширяться, стаючи незамінною основою керування рухом для інтелектуальних мобільних платформ.

Якщо ви розробляєте продукт для підмітальної машини, будь ласка, зверніться до професійного постачальника крокових двигунів для отримання індивідуальних рішень, адаптованих до конкретних умов роботи.