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直线电动机的技术趋势如何?

发布日期:2018-02-22 | 来源:西安泰富西玛电机官网 

直线电动机的技术趋势是无电刷的永久磁铁电动机。
在需要进行推拉操作或直线定位操作时,可供选择的器件很多。液压缸和气缸是流体动力工业的基本器件。电动致动器能把旋转运动转变为直线运动,它在低速运动时具有更高的精度。电动致动器这种间接电驱动器件的应用已有许多年了。电动致动器工作时,电动机通过球形螺母机构、带齿的传动带、齿轮连接或直接连接驱使丝杆旋转。虽然这些器件的成本不高,但是它们需要经常维护,运行时间长了难以保持最初的精度。
为了取得更高的定位精度和再现性,一种新的电动直线致动器是直线伺服电动机。这是一种直接驱动器件,其工作原理有若干种,机构设计也各不相同。无电刷直线伺服电动机直接推动有效负荷定位、推力与电动机重量之比高,快速加速时惯性低。由于没有内部运动部件,运行安静无磨损,适用于实验室机器人。
1 .管式电动机
这种电动机的管式推杆上的运动块具有环形线圈,这样设计可使电动机转子线圈完全环绕定子的永久磁铁,从而最佳地利用了存储的能量。鉴于所有的线圈切割所有的磁力线,能产生单纯的直线推力。
管式电动机可在0.5s 内把10kg 的负荷推动lm 以上的距离。另外,两个管式电动机运动块可以完全独立地在一根推杆上运行,操作软件可以确保运行安全,不会碰撞。另种运行方式是让管式电动机运动块固定,让推杆运动。
Sulzer 电子公司设计出无电刷的LinMot 管式电动机。这种设计让磁铁运动,把线圈固定在外筒上。英国Quin 系统公司生产一种管式电动机,行程为1460mm ,推力为240N 、加速度为268m/s2 , ,最大速度为3.lm/s 占如果应用强制风冷,推力将更大。
   永久磁铁无电刷直线电动机正在成为将来的技术。有电刷直线电动机由于输出推力与外形尺寸之比的限制,而且要求额外的维护,正在失去市场。
无电刷直线伺服电动机设计的主要差别是有无永久磁铁,以及是线圈运动还是磁铁运动。磁铁运动的缺点是运动部件较重,但优点是电缆固定,运行可靠。线圈运动的优点是运动部件的重量较轻,但缺点是电缆在移动,有可能产生故障。另一个设计差别是线圈是否有铁心。无铁心的线圈密封在环氧树脂之中。由于没有线圈与磁铁之间的吸引,线圈运动时没有伺服电动机的齿槽效应。电动机下侧的运动能源产生较小的力。如果要求较大的力,则应采用有铁心的线圈,线圈与磁铁之间有更大的吸引力。吸引力为600~20000N 。美国Kollmorgen 公司生产这两种无电刷直线电动机。
   提高磁力线的强度无疑能增加单位体积的连续吸引力,可增加10 %~20 %。然而,伴随增加的电感应可能使动态性能发生问题,影响系统稳定的时间。而且,有铁心线圈的电动时间常数比无铁心线圈的时间常数大5 ~20 倍,带来较低的伺服带宽,降低伺服刚性,可能导致定位误差。
2 .无铁心设计
瑞士的Etel 公司生产有铁心和无铁心两种类型的无电刷电动机。有铁心的电动机推力为1000oN ,速度为10m/s ,加速度为5g 。这种电动机的性能满足机床市场的需要,也满足其他“取得并放置”类机械的需要。无铁心电动机更适用于高度动态的应用,它的加速能力是有铁心电动机的两倍,但推力限制在2000N 。配备空气轴承,这种电动机被应用在半导体工业中。
无电刷直线伺服电动机常常是平面形状,或者“U 槽”形。Aerotech 公司生产的直线电动机包括配备稀土磁铁的BLM 系列,额定连续推力为280N ,行程无限制,最高速度为5m/s 。采用强制风冷可提高连续推力。线圈的反馈控制可通还霍尔效应装置,或通过直线编码器。
对各公司生产的各种直线电动机进行了一次性能比较。比较项目有外形尺寸、输出推力(最大推力、连续推力、有冷却、无冷却),电动机常数等。比较结果显示,Aerotech 公司生产的直线电动机有更大的推力。
英国Baldor 公司生产有电刷和无电刷的直线电动机,以及交流感应直线电动机。其样本的性能曲线帮助用户选择电动机。与其他直线电动机生产者一样,Bal - dor 公司注意到无电刷电动机的发展增加了效率和加速度。尽管这种电动机的成本更高,用户对这种电动机的接受程度还是增加了。但是如果把成本作为最重要的因素,则还是应考虑采用交流矢量控制的电动机。这种电动机的行程长,闭合回路的定位精度为0.025mm 。
为了发挥直线电动机性能的优点,生产厂不得不寻找或设计适用的第三方控制器。按照惯例,对于随机移动的应用,直线电动机采用正弦整理三相线圈。这就要求用一个放大器来激励绕组,并用六相顺序脉冲来激励绕组,通过磁场传感器反馈。定位精度取决于所选用的传感器,包括霍尔效应装置、直线编码器、直线标尺、激光监控。
3 .联网的结构
推动闭合回路直线电动机技术发展的一个因素是“现场总线(Fieldbus ) ”联网结构的发展。实际上,Baldor 公司售出的每一台电动机控制器都包括场总线连接。目的是在与输人、输出、机器接口等连接时,减少机器的布线。现代结构的趋势是追求开放的结构。要想拥有一种伺服控制算法,能够处理每一台机器的动态要求是不可能的。Baldor 公司的解决方法是开放其控制结构,提供一种修改的软件,以满足各个用户的特定应用。这种办法期待在未来几年能对原始设备生产商发挥影响力。
Baldor 公司的新项目中,有1/5 的项目规定要在机器中设计直线电动机。许多运动控制软件也配备各种直线电动机。该公司的直线电动机生产率一直在提高。无电刷直线伺服电动机的成本相对高一些。但与间接驱动器件相比,价格差距正在缩小。随着技术的发展,电动机、编码器、放大器的设计日益先进,应用范围将日益宽广。

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