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直线电机的现代线性运动技术
2010-05-14 10:52:34

今天的直线运动应用比以往任何时候都要广泛。它们带来更高生产能力,更准确定位、更长寿命、低维护、更少运动部件,这里就不再一一列举。运动控制公司通过不懈的技术革新,致力于适应和超越各种需求。

大约在几年以前,很难得到一个商业上通用的线性轴承,它能每秒笔直地移动5米,并带有载荷和一定的强度。今天,已有许多带有这样特性的轴承,他们的效率相当高。线性编码器技术的提高带来更高速的运转。今天的线性编码器和其它的设备都能适应这种挑战,并且他们具有更小的噪音和更低的成本。因此随着三个主要的线性运动基础中的两个迅速提升到高速,高精度领域,限制的主要因素是驱动器耗散。

显示现代的高精度高速线性运动技术:线性引导式轴承能提供每秒5米的速度和数千英镑的负荷能力。无接触线性编码器有潜在的微米级分辨率,并且速度达到每秒3米。

线性机械驱动器已经迅速改进。有着更高的准确性的球形螺栓和更快速的探测导致高速的生产能力。适时地带有高的可重复性和超过每秒5米的速度,这两方面技术已经解决运动控制应用问题,并持续发展。然而,这两者都不适应现代运动应用快速增长对于速度和精度合并的需求。

今天,我们越来越多地面对高准确性、高速应用。为解决这个问题,驱动系统必须能提供更快速响应,更少磨损和极高分辨力。这种驱动器能提供这种能力,并已经存在!它就是无刷线性电机。

 

线性电机概念:

最理想的就是足够简单的。拿来一个常规的旋转伺服电机并拆开它。可以看到定子是一个封闭式箱体,转子成为一个盘卷或磁铁围栏。用这种设计,载荷直接连接到相应电机上。而直接线性运动被完成,不需要线性的传送设备的任何旋转。

线性电机技术不是新技术。步进电机和无刷线性电机产品已经使用了很长一段时间。无刷技术正日益完善和普及,因为实际应用产生这种技术优势。

无刷直线电机有线圈在直线轨道中,磁铁在箱体中。通过一个直线的连接棒来完成连接,这个连接棒同定子空间中的电刷一起贯穿整个电机长度。这种方法不光昂贵,而且易受限制。直线电机轨道脚跟脚的线圈成本是定期的,并且材料精密。由于通讯工具和电刷,高速应用常常受到限制。

线性步进电机在箱体中也有线圈和永久磁铁。它沿着一个牙形结构的导轨行进。开环操作的步进电机优势,在速度和可接受的施加力方面受到一些限制。

用无刷伺服电机技术,和相应的支持电子控制器去驱动他们,上面所提到的限制将解除。箱体现在是一套线圈,定子是磁铁的轨道。交换方式是电子式的,通过传感器或窦状小管。位于箱体中的传感器通过导轨上的磁铁被激活。

放大器将这些信号转换成适当的相位电流。正弦转换是成熟技术,使用线性编码器和开关去进行正弦曲线转换。在任何情形下,转换的速度不是限制因素。同样尺寸的电机产生力矩比无刷电机技术要大一些,这归结于铁磁材料的改良。

 

直线电机优势:

 高速:直线电机的最高速度仅受总线电压和电子控制器的速度限制。直线电机普通的速度在每秒3米,带有1微米的分辨率,高的可达每秒5米,200ips带有较粗的分辨率。

  高精度:一个直线电机驱动运动件的准确性、分辨率和可重复性是被反馈器件控制的。带有线性反馈的宽范围是可利用的,预制和控制系统带宽最初限制分辨率和准确性

 快速响应:一个驱动设备的直线电机的响应率是机械传动的100倍以上。这意味着更快的加速度和设置时间,带来更高的生产能力。

 硬度:因为没有机械连接,增大强度仅仅是一个利润和电流的问题。直线电机驱动系统的触发率可以是一个球形螺线杆驱动系统的很多倍。无论怎样,必须注意它受限于电机峰值扭矩,足够的电流和反馈分辨率。

  零后冲:没有机械转换元件,因而没有后冲力。不存在分辨率的问题。直线电机在它进入正确位置之前必须被一个反馈计算置换。

 维持自由运行:因为现代的线性电机没有直接接触的部件,就没有磨损。


什么是他的劣势?

 成本:直线电机是昂贵的。这是因为低产量和磁铁的价格。因为大多数的线性电机设计安装稀有的地磁铁作为长的导轨,这些磁铁的成本很高,这使得长距离电机价格更昂贵。然而,随着直线电机的持续普及,产量将要上升,成本将下调。这个变化已经开始,在一个线性电机的使用成本中也必须考虑线性反馈。旋转电机反馈(编码器或光学分辨仪器)是相对便宜的(<$100),而不依赖长度。

线性电机执行反馈需要一个线性的编码器。这些装置价格是旋转编码器的很多倍。一个行进100mm长度的编码器报价接近500美元随着新的成熟型编码器技术发展,制造费用正减少,随着这些编码器使用的持续增加,价格随后也会降低。更重要的,如果系统精度要求编码器反馈,在线性和旋转技术之间的成本差异将大大减少。

  更高的带宽驱

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