Sponseret indhold

Børsteløse motorer skal give aktuatoren (næsten) evigt liv

Motoren er hjertet i en LINAK-aktuator, og derfor udvikler de sønderjyske ingeniører deres egen. Det har givet masser af udfordringer – ikke mindst i forhold til levetidstesten, der kan gå hen og blive en særdeles langstrakt affære.

Af TECH RELATIONS for LINAK A/S
Fra venstre: Mads, Søren, Chris og Michael Mukela Lance. Illustration: LINAK

I Guderup på Als går Michael Mukela Lance rundt og kikker på 18 aktuatorer, som arbejder løs i hver deres teststand.

Det har de gjort længe – dag og nat – og der vil formentlig gå lang tid endnu, før de opgiver ævred. Først da kan Michael, der er Development Engineer, R&D Electronics, i aktuatorvirksomheden LINAK, notere sig dato og dødsårsag.

Baggrunden er, fortæller han, at man gennem de seneste to år har udviklet en ny aktuator med børsteløs motor, som markant forlænger levetiden for de aktuatorer, der ruller af båndet i virksomhedens TECHLINE. Faktisk er målet at forlænge levetiden med en faktor 10, hvilket samlet set svarer til omkring 80.000 meter frem og tilbage.

Den første uden børster

Den nye aktuator, som lanceres til februar i år, ses som et naturligt udviklingstrin hos de sønderjyske ingeniører. Men ret beset er der faktisk tale om lidt mere end blot næste udviklingstrin, tilføjer hans kollega, Business Development Manager Søren Buck:

»Altså, vi er jo sønderjyder og ikke så glade for alt for store ord. Men hvis du insisterer, så er vi faktisk de første, der præsenterer en børsteløs aktuator indenfor det her segment – altså aktuatorer som vores LA36, der benyttes til alt fra landbrugsmaskiner og automation til køkkenudstyr.«

Han peger på, at det primært er producenter af AMR’er (Autonome Mobile Robotter), der efterspørger aktuatorer, der bare bliver ved og ved og ved:

»Det er særligt producenter af autonome mobile robotter, der ønsker aktuatorer med en længere levetid. Og da det marked er i voldsom vækst, og det samtidig er den traditionelle børstede motor, der er begrænsningen i forhold til levetiden, var det oplagt at sadle om,« lyder forklaringen.

Et afgørende valg

I den børsteløse DC-motor – den såkaldte BLDC-motor – har man, som navnet antyder, fjernet både kul og kommutatorring. I stedet er vindingerne placeret på statoren, og tildelingen af strøm sker rent elektronisk, forklarer Development Engineer, R&D Electronics, Chris Sørensen, der sammen med en række kolleger har designet den elektronik, der skal styre motoren.

Der skulle indledningsvis træffes en helt afgørende beslutning, fortæller han:

»Vi skulle gøre op med os selv, om kommuteringen skulle baseres på feedback fra Hall-sensorer der estimerer, hvornår de enkelte vindinger skal tildeles strøm – eller om det skulle ske ved hjælp af algoritmer og måling af strømmen i motorledningerne. Vi har indtil videre valgt løsningen med Hall-sensorer, da det er den mest enkle,« siger han og fortsætter:

»Det er i sig selv ret komplekst at udvikle en ny motortype og implementere den i vores aktuatorer, så vi har forsøgt at gøre det så enkelt som muligt. Til gengæld har vi så måttet acceptere, at løsningen med dens sensorer, ledninger og print er en lille smule dyrere. Det er dér, vi er nu. Men når vi om nogle år har gjort os nogle erfaringer, er det meget muligt, at vi tager skridtet fuldt ud og gør motoren helt sensorløs.«

En ressourcekonflikt

Den kompleksitet, som Chris Sørensen taler om, skriver hans kollega Mads Hede Nielsen også gerne under på.

Han er Software Architect, R&D, og har blandt meget andet skullet få ressourcerne i aktuatorens processor til at række længst muligt. Med ønsket om så lille og dermed billig en processor som muligt har det været en udfordring, fortæller han:

»Alt kan løses ved at smide en større processor i maskinen, men så er det jo ikke sikkert, at den i sidste ende kan sælges,« siger han og peger på det grundlæggende problem:

»Processoren skal både styre motoren via feedback fra Hall-sensorerne og samtidig via CAN-bus kommunikere med applikationens – f.eks. en mejetærskers – hovedcomputer. Det er jo to ting på én gang, lidt ligesom hvis man selv sidder hjemme i sofaen og ser sportsfjernsyn, og konen så kommer og vil give én en besked. Enhver mand ved, at det næsten er umuligt at håndtere,« griner han og understreger, at erfaringer med softwareløsninger ikke nødvendigvis kan overføres til hjemmefronten.

Løsningen på problemet blev nemlig ved hjælp af algoritmer at koble den tidskritiske motorstyring fra den øvrige kommunikation.

»Med en motor, der kører 4.000 omdrejninger i minuttet, skal processoren 1.000 gange i sekundet forholde sig til – og svare på – signaler fra Hall-sensorerne. Det skal med andre ord gå ret så hurtigt, og den bedste løsning var derfor at adskille kommunikationen fuldstændig,« lyder det.

Masser af sensorer

Men de tre nye sensorer, som LINAK nu introducerer i deres motorer, bliver ikke de eneste. Ved gearhjulene sidder i forvejen to, som leverer feedback på aktuatorspindelens position. Og fem sensorer er faktisk lidt overkill, siger Chris Sørensen:

»Med de nye motor-sensorer kunne kan vi også bestemme spindelens position, og faktisk endnu mere præcist. Det er jo her ved transmissionens start, at vi har flest omdrejninger pr. sekund, og dermed også her«, vi har den højeste opløsning på feedback-data.

Dermed kunne de to eksisterende gearhjul-sensorer godt sløjfes, tilføjer Mads Hede Nielsen – men det kommer ikke til at ske lige med det samme:

»I fremtiden vil vi måske fjerne dem og i stedet få al positionsfeedback fra sensorerne i motoren. Men lige nu lader vi dem sidde – igen for at gøre udviklingsprocessen så ukompliceret og hurtig som muligt, så vi kan få de børsteløse aktuatorer ud på hylderne.«

Højere effektivitet i fremtiden

Når de først er landet der på alverdens hylder og er blevet brugt i forskellige applikationer, vil der højst sandsynligt være basis for forbedringer, fortsætter han:

»Børsteløse motorer er generelt omkring 10 procent mere effektive end traditionelle børstede motorer, så der er allerede et stort potentiale. Dertil kommer, at vi med tiden vil lære at styre dem endnu mere præcist, så effektiviteten stiger og aktuatoren dermed kan yde mere,” siger Chris Sørensen, der ikke lægger skjul på, at det er noget,« han ser frem til:

»Én af de rigtig fede ting ved LINAK er, at man ikke bare køber tingene ude i byen, men i høj grad selv udvikler dem. Derfor er der altid masser af teknologiprojekter uden nogen fast tidsgrænse. Der bliver investeret i projekterne, og man får lov til at lege med teknikken,« lyder det.

Levetidstest skal give svar på tiltale

Faste tidsgrænser er der heller ingen af, når det gælder den igangværende levetidstest med de 18 aktuatorer, tilføjer Michael Mukela Lance.

Ud over at overvåge levetidstesten har han arbejdet med det samlede produkts pålidelighed. Det har bl.a. indebåret masser af accelererede test, statistiske modeller og studier af fejlmekanisme-kæder i hele det mekaniske system.

Og nu er sandhedens time altså kommet:

»Vi har en forventning om, at de seks aktuatorer, der kører med fuld belastning, vil dø inden for et års tid. Med hensyn til de øvrige 12, der kun belastes med 25 og 50 procent, er vi noget mere i tvivl. Her kan vi godt gå hen og blive lidt gråhårede, inden testen er helt færdig,« smiler han og nævner, at indsatsen er væsentlig i forhold til at kunne imødekomme rigtig mange kundeforespørgsler.

»Kunderne efterspørger ikke bare længere levetid, men også data på den faktiske forventede levetid ved en given belastning. Når testen er færdig, vil vi kunne levere svarene og dermed give vores kunder et langt bedre grundlag for design og konstruktion,« lyder det.