Wszechobecnym trendem w budowie maszyn i mechatronice jest miniaturyzacja urządzeń. Kierunek ten został narzucony nie tylko przez potrzeby klientów i rozwój technologii, ale również przez przepisy prawa.

Napędy elektryczne są obecne w naszym życiu przez całą dobę. Trudno dziś znaleźć urządzenie AGD i RTV, w którym nie byłby zastosowany jakiś napęd elektryczny. Myjąc rano zęby elektryczną szczoteczką do zębów trudno sobie wyobrazić, że w czasie gdy po raz pierwszy trafiła do masowej produkcji (1960 r.) była dwa razy większa i cięższa a jej silnik nie był zasilany z akumulatora (jak jest to obecnie), ale wymagał stałego podłączenia do gniazdka.

Obok zastosowań napędów elektrycznych w urządzeniach domowych nie sposób zauważyć, że są one stosowane w naszych samochodach na przykład do regulacji foteli, wycieraczek samochodowych, otwierania i zamykania nawiewów, przepustnic itd. Z napędami elektrycznymi spotykamy się również w miejscach naszej pracy i to bez znaczenia, czy jest to biuro (napędy są w drukarce, skanerze, klimatyzacji czy nawet w komputerze), sklepie (np. napęd taśmy transportującej w boksie kasowym), czy też pracujemy w fabryce (napędy elektryczne stosowane na skalę przemysłową). Można stwierdzić, że napędy elektryczne są obecne dokoła nas jak powietrze i podobnie, jak potrzebne do naszego życia jest powietrze tak, aby nasze życie było łatwiejsze i przyjemniejsze, potrzebne są nam napędy elektryczne.

Powszechna obecność napędów elektrycznych w naszym codziennym życiu sprawiła, że dostrzeżono ich wpływ na środowisko naturalne. Wszystkie produkty mają wpływ na środowisko naturalne w czasie ich cyklu życia, obejmującego wszystkie etapy, tj. od wykorzystania surowców i zasobów naturalnych, poprzez produkcję, pakowanie, transport, użytkowanie, recykling do ostatecznego unieszkodliwiania tych produktów. W celu poprawy efektywności energetycznej, zmniejszenia oddziaływania na środowisko produktów, w tym urządzeń do użytku domowego oraz stosowanych w sektorach usług i przemysłu została wydana dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE z dnia 21 października 2009r.

Ustanowiła ona ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów związanych z energią. Komisja Europejska opracowała rozporządzenia wykonawcze do ww. dyrektyw zawierające wymagania dotyczące poszczególnych grup urządzeń. Rozporządzenia te są bezpośrednio stosowane we wszystkich państwach członkowskich UE od dnia ich wejścia w życie. Pamiętamy Rozporządzenia Komisji Europejskiej np. o ograniczeniu poboru mocy domowych odkurzaczy, czy też efektywności dla systemów wentylacyjnych. Tego typu przepisy prawa wymuszają wprost na producentach urządzeń, stosowania rozwiązań technicznych w których coraz szersze znaczenie mają zapotrzebowanie na pobór mocy, technologia i gabaryty napędu elektrycznego. W ten trend idealnie wpisują się małe napędy.

Ale, co to jest mały napęd elektryczny?

Na próżno szukać jednoznacznej definicji i klasyfikacji małego napędu elektrycznego, czy też mikro napędu elektrycznego. Wiemy, że podstawą każdego napędu elektrycznego jest silnik elektryczny konstrukcyjnie przeznaczony do przetwarzania energii elektrycznej na energię mechaniczną zużywaną na wykonanie pewnej pracy w ruchu obrotowym lub postępowym. Dlatego, również dla małych napędów elektrycznych, stosuje się klasyfikację silników elektrycznych, który ich rozbudowany system klasyfikacji opiera się na dwóch kryteriach: zasilania i sterowania, a na potrzeby małych napędów elektrycznych dodaje się jeszcze jedno kryterium: wielkość mechaniczną. Mówiąc o małych napędach elektrycznych, trzecie kryterium jest równie ważne, co dwa pierwsze.

Na rynku można spotkać napędy elektryczne o takich samych parametrach zasilania i sterowania, ale znacząco różnych gabarytach mechanicznych (wielkości). Trudno jest też wskazać od jakiej mocy możemy mówić już, że jest to mały napęd elektryczny. W tym przypadku z pomocą mogą nam przyjść normy:

  1. PN-EN 60034-1:2011 – Maszyny elektryczne wirujące – Część 1: Dane znamionowe i parametry
  2. IEC 60072-1 – Wymiary i ciągi mocy maszyn elektrycznych wirujących – Część 1: rozmiary obudowy od 56 do 400 i
  3. IEC 60072-2 - Wymiary i ciągi mocy maszyn elektrycznych wirujących – Część 2: rozmiary obudowy od 355 do 1000 i rozmiary kołnierza od 1180 do 2360.

We wskazaniu od kiedy możemy mówić, że mamy do czynienia z małym napędem elektrycznym szczególnie pomocna jest norma IEC 60072-1. Zdefiniowane są w niej wymiary mechaniczne obudowy silników elektrycznych, tzw. wznios wału silnika elektrycznego, który to wymiar ma bezpośredni wpływ na wielkość silnika elektrycznego. Najmniejszy, zdefiniowany w tej normie, wznios wału wynosi 56 mm. W tak zdefiniowanej obudowie, producenci silników elektrycznych asynchronicznych, są w stanie wyprodukować silnik o mocy 90 W. Dlatego, powszechnie przyjmuje się, że o małym napędzie elektrycznym możemy mówić wtedy, gdy jego moc jest mniejsza niż 90 W a dla mikro silnika elektrycznego moc jest mniejsza od 3 W. Również w stosunku do silników elektrycznych zasilanych prądem stałym można przyjąć tą samą definicję małego i mikro napędu elektrycznego.

Po paru zdaniach wstępu wiemy, że napędy elektryczne stały się pośrednio lub bezpośrednio uczestnikiem naszego codziennego życia, wiemy również w jaki sposób sklasyfikować napędy elektryczne oraz kiedy możemy mówić o małym i mikro napędzie elektrycznym. Pozostało nam teraz odpowiedzieć na jedno pytanie: kiedy i gdzie można zastosować mały i mikro napęd elektryczny?

W tej części artykułu skoncentruję się na małych napędach elektrycznych, które produkujemy i dostarczamy na rynek polski. Firmę, którą reprezentuję – HF Inverter Polska – od ponad dekady posiada w swojej ofercie małe napędy elektryczne (o zasilaniu AC i DC) marki ZD-MOTOR. Napędy te są dostępne w zakresie mocy od 6W do 200W (300W dla zasilania prądem stałym). Spełniają wymagania Dyrektywy niskonapięciowej (2014/35/UE) – potocznie zwanej Dyrektywą LVD.

Warto zaznaczyć, że do zastosowań przemysłowych bardzo istotne, aby silnik małej mocy mógł być sprzężony z przekładnia mechaniczną. Dlatego w ofercie ZD-MOTOR każdy silnik, czy to o zasilaniu AC czy też DC, może być podłączony z przekładnią walcową, walcowo-stożkową, planetarną bądź ślimakową. Tak szeroka oferta napędów małej mocy umożliwia zastosowanie ich praktycznie w każdej branży zarówno w przemyśle jak i medycynie, aż po zastosowanie domowe.

Nasze napędy małej mocy szeroko są stosowane w branży grzewczej. Firmy z branży grzewczej rozwijają się dziś na rynku z zawrotną prędkością. Jest to związane przede wszystkim z tym, że rozwija się nowoczesne budownictwo. Polacy chcą mieć w domu urządzenia, które spełnią ich wymagania i poprawią jakość życia. Najbardziej przyczyniają się do tego produkty takie jak kotły, solary czy pompy ciepła to tylko nieliczne urządzenia, w które warto zainwestować.

Wielu Polaków decyduje się w końcu na przeprowadzenie generalnego remontu w swoim domu. Odświeżenia często nie potrzebują jednak meble czy ściany, a sprzęt gwarantujący domowi ciepło podczas zimowych wieczorów czy też ciepłą wodę użytkową. Zauważalny stał się fakt, że wybierane są te produkty, które są przede wszystkim ekonomiczne i ergonomiczne. Coraz częściej zwraca się również uwagę na praktyczne i łatwe zastosowanie oraz obsługę urządzenia oraz na jego wymiar ekologiczny. Stąd w nowoczesnych systemach grzewczych pojawia się miejsca dla małego napędy elektrycznego, który w połączeniu z automatyką stał się niezbędny dla wysokich wymagań ekonomicznych i ergonomicznych użytkownika. Małe napędy ZD-MOTOR znalazły szerokie zastosowanie w kotłach na pellet, czy też na ekogroszek. W tych urządzeniach nasze napędy pracują zarówno w planiku (moce od 10 W do 25 W) jak i podajniku paliwa (pelletu lub ekogroszku).

Małe i mikro napędy znajdują szerokie zastosowanie w laboratoriach analitycznych. Korzyści z automatyzacji procesów w tej branży są oczywiste – umożliwiają szybsze uzyskiwanie wyników przy jednoczesnej redukcji występujących błędów. Dlatego dla zapewnienia sprawnego działania niezwykle ważna jest duża dynamika i precyzja układów napędowych. Co istotne, zautomatyzowane procesy laboratoryjne wykorzystuje się we wszystkich takich ośrodkach, czy to laboratoriach chemicznych, farmaceutycznych, czy tych związanych z technologią żywności. Można w tym miejscu zaznaczyć, że cała branża medyczna to sektor, w którym na całym świecie nastąpił znaczny rozwój. Małe napędy ZD-MOTOR znalazły zastosowanie np. w endoskopowej pompie irygacyjnej, w automatycznym mikserze recepturowym czy też w automatycznych analizatorach laboratoryjnych.

Najszersze zastosowanie małe napędy ZD-MOTOR znajdują w budowie maszyn i mechatronice. Najczęściej są to napędy tzw. pomocnicze, które odpowiadają za wspomaganie przebiegających procesów technologicznych. Dobrym przykładem takiego napędu pomocniczego jest napęd podajnika etykiet w automatycznych etykieciarkach, czy też napęd przenośnika taśmowego w automatycznej szlifierce kół zębatych. Napędy ZD-MOTOR znajdują swoje zastosowanie również jako napęd główny np. w automatycznych powielaczach offsetowych, małe maszyny do rozdrabniania, maszyny czyszczące, maszyny do nawijania i przewijania czy też automaty wydające.

Tych kilka wymienionych wyżej przykładów zastosowania współczesnych małych i mikro napędów pokazuje, że nie ma branży i ograniczeń technicznych w ich szerokim zastosowaniu. W wielu modelach oferowanych dziś na rynku udało się znacząco obniżyć wymiary gabarytowe i wagę, dzięki zastosowaniu super-lekkich i super-wytrzymałych nowoczesnych materiałów.