Motorer för puckhantering och sorteringsarmar i automatiserat i labb

Motorer i automatiserade labb används som drivlösning i processer som puckhantering, sorteringsarmar, pipettering och många fler. Rörelserna som behövs kan åstadkommas med olika typer av motorer som lämpar sig mer eller mindre bra i applikationerna. En typ av motor som passar särskilt bra i en applikation kan i en annan automationsdel, där större noggrannhet krävs, innebära sämre säkerhet och onödigt hög ljudnivå. Där kan en helt annan motor bidra med smidigare format, högre precision och bättre arbetsmiljö.

I det här blogginlägget berättar vi om några olika teknologier och kommer även med mer handfasta förslag på motorserier som gör jobbet när det krävs mer effekt under intermittent drift till minimala ljud- och vibrationsförhållanden när det dessutom är ont om plats!

Motorer av stegmotortyp

Stegmotorer återfinns i mängder med tillämpningar där främst pris och moment är viktigt men tack vare motorns unika egenskaper kan den vara lämplig även i precisionskrävande tillämpningar inom medicin, robotik och automation. Modeller med diskformad rotor möjliggör extremt snabb acceleration och retardation.

För dig som vill åstadkomma en linjär rörelse, går vissa stegmotorer går att få med en mutter fäst i rotorn (istället för en axel som på en vanlig stegmotor). När man stoppar in en skruv (ledarskruv eller kulskruv) i muttern kan man få motorn att traversera skruven genom att rotationsförhindra skruven.

Positionering med stegmotorer

Då stegmotorn levererar ett relativt högt moment och hanterbara hastigheter behövs sällan någon växel, men i vissa tillämpningar kan det vara motiverat. Stegmotorer är utmärkta att använda till positionering då konstruktionen gör att man i normala förhållanden kan hålla koll på var man är, men under vissa omständigheter kan man ”tappa steg” och därmed befinna sig på en annan position än där man borde. För att avhjälpa detta kombineras ibland stegmotorer med en pulsgivare, för att hjälpa styrelektroniken att korrigera positionen då det är nödvändigt.

Stegmotorer följer ofta en allmänt accepterad standard avseende monteringshål, styrkant, skruvhål m.m., men lindingarna varierar en hel del mellan olika tillverkare.

Styra och kontrollera en stegmotor

För att kunna styra och kontrollera en stegmotor behövs någon typ av motorstyrning. Vi har ett brett sortiment av motorstyrningar, både för stegmotorer och för andra motorer på vår sida för motorstyrningar.

Användningsområden för stegmotorer inom automation är brett:

 

• Puckhantering
• Lyftarmar
• Beredning av prov
• Scanningprocess för registrering av vilken typ av analys som krävs
• Förflyttning av provrör
• Transport till faktiska analysstationer
• Avlägsning av propp från provrör
• Överföring av prov till reaktionskärl för faktiska analysen
• Arkivering av provrör för eventuell provning vid ett senare tillfälle

För- och nackdelar hos stegmotorer

Fördelar hos stegmotorn är mycket hög driftsäkerhet, lång livslängd och det relativt låga priset. Den lämnar jämfört med exempelvis DC-motorer ett högt moment. En annan fördel är att de kan användas för positionering, även utan pulsgivare. I utbyte är de relativt klumpiga och har låg verkningsgrad i jämförelse med t.ex. en DC-motor, vilket kan innebära höga temperaturer.

DC-motorer

En DC-motor är en relativt enkelt konstruerad elmotor med god driftsäkerhet och hög dynamik som möjliggör bra verkningsgrad. Kommuteringen sker mekaniskt genom borstar av grafit eller ädelmetaller. DC-motorer återfinns i mängder av olika tillämpningar där högpresterande modeller för användning som servomotorer eller kompakta drivenheter för tillämpningar inom medicinteknik, optik, hanteringsrobotar, elektriska handverktyg eller mät- och analysutrustning.

DC-motor kan kombineras med växel och återkoppling

En DC-motor kombineras ofta med en växel för att reducera varvtalet och öka momentet. För servotillämpningar brukar motorerna kombineras med någon typ av positionsåterkoppling, vanligtvis pulsgivare (eng. encoder).

En luftlindad motor (även kallad järnlös, kärnlös eller burlindad) har en betydligt lättare rotor som även generellt sett har lägre totalvikt, högre verkningsgrad och högre effekttäthet. Denna typ av motorer lämpar sig utmärkt då man har begränsat utrymme eller då batteritid och vikt är kritiska faktorer.

Styra och kontrollera en DC-motor

För att kunna styra och kontrollera en DC-motor behövs någon typ av motorstyrning. Om det handlar om att hålla en kontrollerad hastighet (varvtal) finns det speciella varvtalsstyrningar. Behövs mer kontroll, t.ex. för positionering, behövs en mer avancerad typ av motorstyrning. Vi har ett brett sortiment av motorstyrningar, både för DC-motorer och för andra motorer på vår sida för motorstyrningar.

Borstlösa DC-motorer – en vidareutveckling

En borstlös motor (även kallad borstlös DC-motor, EC-motor eller BLDC-motor) är en vidareutveckling av den traditionella DC-motorn. Mycket förenklat kan man se det som en DC-motor som man har vänt ut och in, där man snurrar på magneten och låter kopparlindningen stå still. Fördelen är att man inte behöver borstar av grafit eller ädelmetall för att överföra ström till lindningarna. I och med detta har man plockat bort den faktor som är mest begränsande för motorns livslängd. I många fall är livslängden på en borstlös motor många gånger längre än för motsvarande DC-motor.

Istället behöver man lägga till någon typ av återkoppling för att få motorn att snurra. Ofta handlar detta om halleffektsensorer, som känner av övergångar mellan magnetpoler, och som därmed kan användas för att tala om rotorns (magnetens) position i förhållande till lindningarna.

Utmärkande egenskaper för borstlösa motorer eller EC-motorer (elektronisk kommuterade) är lång livslängd och hög verkningsgrad.

Högpresterande modeller används där prestanda, precision och framför allt ett jämnt moment är viktigt, exempelvis inom robotik eller medicinteknik som i puckhantering exempelvis.

I många fall kombineras borstlösa motorer med hallsensorer och/eller pulsgivare samt någon typ av växel för att reducera varvtalet och höja momentet. Beroende på tillämpning används kuggväxlar, snäckväxlar eller planetväxlar. Den borstlösa motorn kräver dessutom en motorstyrning eller ett drivsteg för att fungera.

Kort & kompakt borstlös motor med exceptionell effekt

Motorerna i BXT-serien är begåvade med en särskild innovativ lindningsteknologi och optimerad konstruktion som medger vridmoment på upp till 134 mNm. Storleksmässigt så är motorlängden endast 14, 16 respektive 21 mm medan diametern mäter 22, 32 respektive 42 mm. BXT-serien kan leverera en kontinuerlig effekt på upp till 100W och utmärker sig i jämförande test med existerande liknande produkter på marknaden, speciellt med avseende på längd, volym och vikt vilket ger fördelar i applikationer som kräver en kort drivlösning med högt vridmoment. Går att kombinera med pulsgivare, växellådor och styrelektronik.

 

 

Listan över användningsområden för BXT-serien är lång och helt beroende av ifall utrymmet i applikationen är lämpligt:

Oborstad tuffing för laboratoriepumpar

BRC-serien från FAULHABER är ruggad borstlös DC-motor med högre verkningsgrad, större vridmoment och utökat temperaturområde. Motorn har integrerad styrelektronik och levererar 3.5mNm vridmoment kontinuerligt inom temperaturområdet -25C – +85C. Dessa kompakta motorer möjliggör manövrering i extremt trånga utrymmen inom laboratorieteknologi som puckhantering exempelvis. Storleken i kombination med lågt energibehov gör att de även lämpar sig för batteridrivna applikationer som PAPR-andningsskydd.

Styrelektroniken medger enkel inställning av både rotationsriktning och varvtalsreglering. Elektroniken har också en separat encoderutgång vilket möjliggör återmatning av reellt varvtal på utgående axel.

• Laboratoriepumpar
• Lyftarmar
• Puckhantering

 

Autoklaverbar borstlös motorserie

2057… BA är speciellt framtagen för medicinska applikationer då den klarar över 1500 autoklavcykler och är optimerad för höga hastigheter, upp till 65 000 rpm. Förutom automationstillämpningar är prestanda hos den här serien efterfrågad inom områden som vård (ventilatorer), kirurgi och dentalkirurgi (handhållna instrument). De krav som ställs karakteriseras av hög effekt i förhållande till motorns storlek och vikt, precision samt förmåga att vara i kontinuerlig drift under en längre tid. Sammantaget finns många egenskaper som gör dem användbara i automationsprocesser:

• Beredning av prov
• Scanning för att registrera vilken typ av analys som krävs
• Förflyttning av provrör
  
• Centrifugering av prov för att separera blodets beståndsdelar
• Transport av till faktiska analysstationer
• Styrning av provets streckkod för kameraavläsning och identifiering
• Avlägsning av propp från provrör
• Överföring av prov till reaktionskärl för faktiska analysen
• Pipettering
• Blandning och omröring
• Försegling
• Arkivering av provrör för eventuell provning vid ett senare tillfälle

Borstlösa BHx familjen med mycket hög effekt

Med diameter om 16 mm och hela 97.000 varv per minut, låg tröghetsgrad och kort responstid ger BHx-familjen mycket hög dynamik som lämpar sig för utrymmessnåla applikationer.

Den här motorfamiljen är uppdelad i två olika versioner för att stödja olika typer av applikationsbehov. Gemensamt för båda typerna i BHx-familjen är låga nivåer både när det gäller vibrationer och brus. Nivåerna bidrar starkt till att minska trötthet och stress för användare av applikationsmiljön. Den höga effektiviteten minimerar även värmeproduktion och hjälper till att öka komforten under det att motorerna tillämpas i handhållna applikationer.

Rörelse för intermittent drift

BHT-versionen är dedikerad för höga vridmoment med snabb positionering. Under intermittent drift fungerar de särskilt väl i kombination med integrerad encoder, som gör positioneringen extra gynnsam. Längden ligger på 60 mm och diametern är 16 mm.

Egenskaperna gör att BHT kan lämpar sig för:

• Centrifugering av prov för att separera blodets beståndsdelar
• Blandning och omröring.
• Försegling
• Handhållna verktyg
• Batteridrivna tillämpningar

BHS-serien är dedikerad för höghastighetsdrift och kan driva variabel belastning med minimal hastighetsförändring under konstant hastighet. Storleksmässigt tillverkas BHS-serien i 60 respektive 45mm ligger på 16mm.

4-polig borstlös motor i flugvikt

Förutom exceptionellt vridmoment i förhållande till storlek och vikt så erbjuder samtliga borstlösa DC-motorer i serien 2264… BP4 integrerade sensorer och ett brett varvtalsområde.

Denna 4-poliga servomotor ger ett kontinuerligt moment på 59 mNm med sitt format på 22 mm diameter och 140 g. Den innovativa rotorlindningen som utvecklats speciellt för BP4-serien minimerar förluster och möjliggör varvtal upp till 34 500 rpm.

För att utnyttja kraften i motorn fullt ut är den utrustad med en motoraxel på 4mm diameter och försedd med passande kullager, allt får plats tack vare den kompakta rotorn. Den borstlösa konstruktionen ger en livslängd vida överstigen traditionella DC-motorer samtidigt som den klarar temperaturer mellan -40 till +125°C.

Du väljer enkelt till analoga hallsensorer som ersätter en påbyggd pulsgivare i de flesta applikationer, med den kan även förses med kompatibla optiska- eller magnetiska pulsgivare om det är ett krav.

BP4-familjen får även ett tillskott av att den mest kraftfulla 4-poliga borstlös DC-motorn 3274…BP4 nu finns tillgänglig som ett skräddarsytt Motion Control System (MCS). Motor och styrning komplett i ett kompakt paket för komplexa automationsapplikationer.

Linjär DC-motor för pipettering och sorteringsarmar

Linjärmotorer fungerar som borstlösa DC-motorer, men där rotorn har ”plattats ut” till en avlång skena. Helt enkelt en lång skena med många magnetpoler. Lindningarna sitter i vagnen som förflyttar sig längs skenan. Ofta vänder man på steken genom att låsa fast huset och istället låta skenan flytta sig. Det beror ofta på hur lång skena man behöver. När skenan blir tyngre än huset är det ofta ett bättre val att flytta på vagnen, men då måste man ta med kablaget i beaktning. Den statiska delen brukar vi kalla stator och den rörliga delen kallar vi translator. Denna teknologi, som bl.a. används av våra QuickShaft-motorer möjliggör både hög hastighet i kombination med hög precision och i princip ljudlös drift. Det man vinner i hastighet och precision, förlorar man däremot i kraft. Det finns dock linjärmotorer med rejält höga krafter, upp till flera tusen Newton. Linjärmotorer lämpar sig utmärkt för applikationer som kräver både hög hastighet och hög precision, t.ex. pick-n-place.

Linjärrörelse är idealisk för pipettering och lyftarmar och exempelvis användbara för:

• Förflyttning av provrör
• Transporter till faktiska analysstationer
• Överföring av prover till reaktionskärl för faktiska analysen
• Pipettering
• Arkivering av provrör för eventuell provning vid ett senare tillfälle

Linjärrörelse kan förstås även utföras genom remdrift, kulskruvar, ledarskruvar med fler. För dig som vill utforska mer om hur man åstadkommer linjärrörelse finns en separat guide som du kan ladda ned här.

Hur gör andra?

Läs om Gyros Protein Technologies AB och hur vi hjälpte dem med drivlösning till deras plattform för immunanalys. Många stora läkemedelsbolag som utvecklar och tillverkar biologiska läkemedel använder plattformen idag.

Vill du rådgöra kring rörelserna din automationsapplikation med en specialist? Hör av dig direkt – vi lyssnar gärna på dina funderingar!