Серводвигатели: тенденции развития

Индустрия 4.0 – четвертая промышленная революция, которую задумало правительство Германии, и которая способна значительно изменить карту промышленного мира, во многом базируется на серводвигателях. Их параметры постоянно улучшаются, повышается удельная мощность, уменьшается вес. В рамках новой промышленной концепции двигателям предстоит пройти стандартизацию и "набраться ума".

Насколько возросли параметры серводвигателей за последние десять лет? За счет чего происходит рост?

Алексей Доррер, "Сев-Евродрайф"

На примере серводвигателей фирмы SEW-EURODRIVE наглядно видно улучшение соотношения мощность/вес и мощность/габарит. Например, за десять лет сервомотор с постоянными магнитами мощностью 0,75 кВт «похудел» по весу с 8,5 до 3,3 кг, а по высоте оси вращения с 71 до 50 мм. Момент инерции ротора уменьшился 3,42 до 0,67 кг*м². Быстродействие двигателя увеличилось пропорционально снижению момента инерции.

Сравнение проводилось при одинаковой номинальной частоте вращения 3000 об/мин.

Улучшение характеристик достигнуто за счет использования новейших разработок: постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов и электротехническойстали с повышенными характеристиками, а также благодаря технологии намотки с увеличенным коэффициентом заполнения пазов.

Илья Аристархов, "ПневмоЭлектроСервис"

Все эти годы развивались новые виды конструктивного исполнения сервомоторов: низкооборотные серводвигатели с высоким моментом и высокой точностью, сервомоторы с интегрированными сервоусилителями, линейные сервомоторы. В основном усовершенствование происходило за счет развития управляющей и силовой электроники. Использовались энкодеры высокого разрешения, применялись силовые сборки с более высокими характеристиками и высокоскоростные шины для передачи данных. Конструкция стандартных серводвигателей практически не менялась.

Дмитрий Васильев, "ФЕСТО-РФ"

В целом за последние годы физические параметры синхронных серводвигателей на постоянных магнитах возросли не очень сильно. Конечно, в настоящее время удается добиваться несколько лучших показателей удельной мощности с единицы объема. Но для стандартных серводвигателей сами материалы стандартны: на роторе магниты NeFeB (неодим-железо-бор), корпус из алюминиевого сплава, медная обмотка с классом изоляции не ниже F. Более актуальна тенденция по упрощению и удешевлению конструкции с некоторым сокращением характеристик. Например, появляются двигатели с ферритами на роторе вместо постоянных магнитов.

Для решения каких задач сегодня предпочтительнее использовать сервоприводы, а для каких пару асинхронный двигатель – преобразователь частоты?

Дмитрий Васильев, "ФЕСТО-РФ"

Для задач с частыми разгонами и торможениями, поддержания усилия на небольших скоростях, контроля сложного изменяющегося закона движения целесообразнее использовать синхронные сервоприводы. А для задач поддержания постоянной скорости (близкой к номинальной), задач перемещения больших масс или перемотки большими внешними моментами инерции лучше подходит пара асинхронный двигатель – преобразователь частоты. Тем не менее, для мощностей до 2 кВт все больше применений реализуют на базе синхронных сервоприводов.

Алексей Доррер, "Сев-Евродрайф"

Сервосистемы на основе двигателя с постоянными магнитами дороже по сравнению с частотно-управляемым асинхронным приводом. Однако у каждого типа есть свои "ниши", где используются их уникальные свойства. Так, серводвигатели с постоянными магнитами имеют высокое быстродействие. Это важно в следящих приводах и приводах подач. А приводы на основе асинхронных двигателей с обратной связью незаменимы в приводах с большими моментами инерции, например – в поворотных столах и перегружателях. Ещё одна особенность асинхронных двигателей – меньшая пульсация крутящего момента за счет неявнополюсной конструкции ротора. Поэтому в прецизионных приводах асинхронная машина показывает лучшую стабильность частоты вращения.

Илья Аристархов, "ПневмоЭлектроСервис"

На конкуренцию с частотно-регулируемым асинхронным электроприводом сказывается, в основном, снижение цен на сервоприводы, появление новых экономичных моделей. Технические характеристики, которые влияют на выбор в пользу сервоприводов, связаны, как правило, с системами управления движением в нескольких осях и реализацией специальных функций - "летающая пила", "электронный кулачок" и др.

Все время мы слышим: уменьшаются размеры серводвигателей, сокращается время их монтажа, требуется все меньше кабелей для коммутации… А что происходит с ценой?

Алексей Доррер, "Сев-Евродрайф"

На цену сервомотора значительно влияет стоимость применяемых материалов. Несколько лет назад цены на редкоземельных магниты на мировых рынках росли, и производители вынужденно повышали цены на серводвигатели. Последний год цена редкоземельных магнитов снижается, и SEW-EURODRIVE также снижает цену на серводвигатели

Николай Ладыгин, "Шнейдер Электрик"

В промышленности бытует мнение, что все, что связанно с сервотехникой, очень дорого. Около десяти лет назад с этим, отчасти, можно было бы согласиться. Но сегодня объемы производства серводвигателей увеличились в сотни раз одновременно с развитием масштабного производства дорогостоящих комплектующих. Это привело к тому, что относительная себестоимость серводвигателя заметно снизилась. Стоит также иметь в виду, что требования к технологическим установкам тоже изменились и стали более жесткими. Все больший упор делается на операционные затраты, энергоэффективность, производительность и точность. Поэтому в таких промышленных отраслях, как пищевая, текстильная, упаковочная, в металлообработке и материалообработке использование сервотехники становится необходимым условием по технологическим критериям. В то же время это экономически обосновано и с точки зрения операционных затрат.

Илья Аристархов, "ПневмоЭлектроСервис"

Цена сервомоторов постепенно снижаются с появлением новых экономичных моделей. Наибольшее влияние на этот процесс снижения цен оказывают производители из Юго-Восточной Азии.

Дмитрий Васильев, "ФЕСТО-РФ"

Цена серводвигателей постепенно снижается. Этому способствует и эффект масштаба – чем больше производится, тем меньше себестоимость, и появление упрощенных типов конструкции, и сокращение стоимости встраиваемых датчиков обратной связи (энкодеров), которые занимают существенную часть в себестоимости серводвигателя, ну и конкуренция безусловно.

Увеличивается ли в России спрос на однокабельные серводвигатели?

Илья Аристархов, "ПневмоЭлектроСервис"

Безусловно. Особенно в таких быстрорастущих направлениях как робототехника.

Дмитрий Васильев, "ФЕСТО-РФ"

Пока для России однокабельные сервоприводы скорее экзотика. Можно говорить только о единичных поставках.

Алексей Доррер, "Сев-Евродрайф"

У нас не было подобных запросов. Вероятно, далеко не все разработчики знают о такой технической возможности.

Серводвигатели помогают контролировать расход гидронасосов, повышая энергоэффективность систем. О каких еще новых примерах применения сервомоторов можно говорить сегодня?

Алексей Доррер, "Сев-Евродрайф"

Упаковочная техника, сварочное оборудование, обработка древесины и пластмасс, быстродействующее складское оборудование, линии сортировки писем.

Илья Аристархов, "ПневмоЭлектроСервис"

В упаковочном оборудовании применение электромеханических актуаторов в системах объёмного дозирования вместо традиционных пневматических или гидравлических цилиндров позволяет существенно увеличить скорость и точность процесса дозирования и осуществлять согласованные перемещения тары.

Что нового появилось в вашем портфеле сервотехники?

Алексей Доррер, "Сев-Евродрайф"

Расширился ряд линейных актуаторов, так называемых "электроцилиндров". Теперь максимальный ход штока достигает 1 200 мм, пиковое усилие 2400 кг. Появилось U-образное исполнение с промежуточной передачей. В ближайших номерах журнала мы разместим описание новых исполнений.

Илья Аристархов, "ПневмоЭлектроСервис"

В ассортименте сервоприводов LSIS появились сервомоторы, интегрированные с сервоусилителем и управляемые по высокоскоростной шине EtherCAT, а также экономичные модели низкооборотных сервомоторов с энкодерами высокого разрешения.

Дмитрий Васильев, "ФЕСТО-РФ"

У Festo появились новые оптимизированные серводвигатели типа EMME-AS. Мощностью от 100 до 2000 Вт. Со встроенным абсолютным энкодером с интерфейсом HiperFace. Также линейка сервоприводов пополнилась комплектным шаговыми сервоприводом на базе контроллера двигателя CMMO-ST и двигателей EMMS-ST с относительным энкодером. Отличное решение для задач позиционирования небольших объектов.

Каким вам видится рынок сервоприводов к 2025 году?

Илья Аристархов, "ПневмоЭлектроСервис"

В будущем большинство сервомоторов будут интегрированы с силовой и управляющей электроникой. Они будут обладать улучшенными функциями автоматической настройки, контроля за параметрами износа и иметь возможность передачи данных по беспроводным протоколам.

Дмитрий Васильев, "ФЕСТО-РФ"

Будет расти количество сервоприводов, снижаться их стоимость, а также будет расти и конкуренция.Если думать о развитии идей Industrie 4.0, то в рамках этой концепции к серводвигателям нужно будет только подвести силовое питание и осуществить механический монтаж. Все остальное двигатель сделает сам: соединится с окружающими его устройствами по беспроводному каналу связи, поймет алгоритм управления, оптимизирует свои характеристики и настройки, начнет работу. А для этого должна пройти стандартизация как механических размеров и электрических характеристик, так и протоколов связи.