Servomoteurs compacts et puissants pour applications avancées de contrôle de mouvement

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Ce résumé en néerlandais présente l’essentiel du livre blanc en anglais Driving Robotics and Embedded Motion Applications With Next-generation Servo Technology de Copley Controls. Téléchargez le livre blanc complet en anglais pour plus d’informations.

Introduction

Il existe un besoin croissant de servovariateurs petits et puissants pour des applications avancées de contrôle de mouvement. Ces servovariateurs sont essentiels dans de nombreuses machines modernes, où l’espace disponible est limité et où le variateur est souvent monté directement sur le moteur ou à l’intérieur des articulations robotiques.

Dans un certain nombre d’applications, les servovariateurs compacts sont cruciaux :

• Santé : lors de procédures chirurgicales et diagnostiques avancées
• Production de semi-conducteurs : haute précision dans le traitement de composants fragiles
• Logistique : navigation efficace des robots mobiles dans les entrepôts
• Aéronautique, automatisation de laboratoires, équipements biomédicaux : manipulation et transport d’objets avec une grande précision

Exigences auxquelles les servovariateurs doivent répondre :

• Haute précision et répétabilité pour garantir des mouvements exacts.
• Excellentes performances dynamiques, y compris des profils de mouvement fluides, des temps de réponse rapides et un contrôle précis de la vitesse et du couple.
• Prise en charge de protocoles de communication en temps réel (comme EtherCAT) pour une communication fiable entre le variateur et le système de contrôle.
• Format compact avec puissance suffisante : malgré leur petite taille, ils doivent être assez puissants pour déplacer les composants robotiques de manière fiable et efficace.

Rester au frais

La conception de servovariateurs miniatures entraîne d’importants défis en matière de gestion thermique en raison de la surface réduite pour la dissipation de chaleur. Plusieurs stratégies permettent de relever ces défis :

1. Matériaux de circuits – substrats en alliage de cuivre : par exemple, le variateur Nano de Copley utilise un PCB empilé à 4 couches avec un substrat en alliage de cuivre (TClad). Cela entraîne une amélioration triple de la conductivité thermique par rapport aux substrats traditionnels en aluminium.
2. Broches conçues sur mesure : ces broches sont plus petites que les connecteurs standards et sont conçues pour dissiper la chaleur du variateur, améliorant ainsi la capacité de dissipation thermique.
3. Dynamic Gate Drive Tuning : circuit intégré de commande de grille et MOSFET : le choix de circuits intégrés de commande de grille compacts à courant de sortie élevé et de MOSFETs petits avec faible résistance thermique est crucial. Le réglage dynamique de la commande de grille optimise la synchronisation entre le fonctionnement des dispositifs de puissance afin de minimiser la consommation d’énergie et de répondre aux exigences de compatibilité électromagnétique (CEM).
4. Mesure du courant – résistances ultra-faibles : elles permettent une mesure précise du courant avec un développement thermique minimal, réduisant encore la dissipation de chaleur.

Stratégies de gestion thermique

Les servovariateurs les plus petits et les plus puissants appliquent différentes stratégies pour minimiser l’accumulation de chaleur :

• Construction et disposition : la conception globale et la disposition des composants de puissance sur le circuit imprimé sont optimisées pour la gestion thermique.
• Ajustements du firmware : des fonctions telles que les pinces de bus peuvent réduire les pertes de commutation jusqu’à 33 %.

Consommation d’énergie

La série Nano de Copley Controls est un exemple de servovariateurs qui combinent la densité de puissance adéquate avec une gestion thermique efficace. Les caractéristiques incluent :

• Format compact avec une empreinte de 35 × 30 × 23,4 mm.
• Haute densité de puissance et efficacité : tension d’entrée de 9 à 180 V CC, combinée à 35 A continus et 70 A en pointe.
• Protocoles de communication EtherCAT ou CANopen pour le support des échanges de données en temps réel.
• Gestion thermique avancée grâce à l’intégration de plusieurs principes de conception pour une dissipation de chaleur efficace.
• Fonction Safe Torque Off (STO) : conforme SIL 3, Catégorie 3, PLe.
• Entrées et sorties numériques : 6 entrées numériques et 4 sorties numériques.
• Entrée analogique : une entrée analogique ±10 volts (V) 12 bits.
• Support d’encodeurs : BiSS-C unidirectionnel, encodeurs absolus SSI, CSR Resolver et encodeur incrémental numérique.
• Outils d’analyse fréquentielle pour un diagnostic avancé.
• Support de double retour d’encodeur pour une précision accrue.
• Filtres avancés : filtres en virgule flottante 32 bits et plusieurs filtres avancés.

(Téléchargez le livre blanc complet pour voir la consommation d’énergie des modèles NES-090-70 et NES-18-10, tant de la puissance PWM que de la consommation totale PWM et V-logic. Série Nano)

Conclusion

Le succès des servovariateurs compacts dépend d’une combinaison de plusieurs principes de conception afin d’atteindre une haute densité de puissance, une grande efficacité et une gestion thermique efficace. Ces variateurs conviennent à un large éventail d’applications en robotique et en commande de mouvement embarquée, et représentent la nouvelle génération de technologies de contrôle de mouvement.