今天的直線運動應用比以往任何時候都要廣泛。它們帶來更高生產(chǎn)能力,更準確定位、更長壽命、低維護、更少運動部件,這里就不再一一列舉。運動控制公司通過不懈的技術(shù)革新,致力于適應和超越各種需求。
大約在幾年以前,很難得到一個商業(yè)上通用的線性軸承,它能每秒筆直地移動5米,并帶有載荷和一定的強度。今天,已有許多帶有這樣特性的軸承,他們的效率相當高。線性編碼器技術(shù)的提高帶來更高速的運轉(zhuǎn)。今天的線性編碼器和其它的設備都能適應這種挑戰(zhàn),并且他們具有更小的噪音和更低的成本。因此隨著三個主要的線性運動基礎中的兩個迅速提升到高速,高精度領域,限制的主要因素是驅(qū)動器耗散。
顯示現(xiàn)代的高精度高速線性運動技術(shù):線性引導式軸承能提供每秒5米的速度和數(shù)千英鎊的負荷能力。無接觸線性編碼器有潛在的微米級分辨率,并且速度達到每秒3米。
線性機械驅(qū)動器已經(jīng)迅速改進。有著更高的準確性的球形螺栓和更快速的探測導致高速的生產(chǎn)能力。適時地帶有高的可重復性和超過每秒5米的速度,這兩方面技術(shù)已經(jīng)解決運動控制應用問題,并持續(xù)發(fā)展。然而,這兩者都不適應現(xiàn)代運動應用快速增長對于速度和精度合并的需求。
今天,我們越來越多地面對高準確性、高速應用。為解決這個問題,驅(qū)動系統(tǒng)必須能提供更快速響應,更少磨損和極高分辨力。這種驅(qū)動器能提供這種能力,并已經(jīng)存在!它就是無刷線性電機。
線性電機概念:
最理想的就是足夠簡單的。拿來一個常規(guī)的旋轉(zhuǎn)伺服電機并拆開它??梢钥吹蕉ㄗ邮且粋€封閉式箱體,轉(zhuǎn)子成為一個盤卷或磁鐵圍欄。用這種設計,載荷直接連接到相應電機上。而直接線性運動被完成,不需要線性的傳送設備的任何旋轉(zhuǎn)。
線性電機技術(shù)不是新技術(shù)。步進電機和無刷線性電機產(chǎn)品已經(jīng)使用了很長一段時間。無刷技術(shù)正日益完善和普及,因為實際應用產(chǎn)生這種技術(shù)優(yōu)勢。
無刷直線電機有線圈在直線軌道中,磁鐵在箱體中。通過一個直線的連接棒來完成連接,這個連接棒同定子空間中的電刷一起貫穿整個電機長度。這種方法不光昂貴,而且易受限制。直線電機軌道腳跟腳的線圈成本是定期的,并且材料精密。由于通訊工具和電刷,高速應用常常受到限制。
線性步進電機在箱體中也有線圈和永久磁鐵。它沿著一個牙形結(jié)構(gòu)的導軌行進。開環(huán)操作的步進電機優(yōu)勢,在速度和可接受的施加力方面受到一些限制。
用無刷伺服電機技術(shù),和相應的支持電子控制器去驅(qū)動他們,上面所提到的限制將解除。箱體現(xiàn)在是一套線圈,定子是磁鐵的軌道。交換方式是電子式的,通過傳感器或竇狀小管。位于箱體中的傳感器通過導軌上的磁鐵被激活。
放大器將這些信號轉(zhuǎn)換成適當?shù)南辔浑娏?。正弦轉(zhuǎn)換是成熟技術(shù),使用線性編碼器和開關(guān)去進行正弦曲線轉(zhuǎn)換。在任何情形下,轉(zhuǎn)換的速度不是限制因素。同樣尺寸的電機產(chǎn)生力矩比無刷電機技術(shù)要大一些,這歸結(jié)于鐵磁材料的改良。
直線電機優(yōu)勢:
高速:直線電機的最高速度僅受總線電壓和電子控制器的速度限制。直線電機普通的速度在每秒3米,帶有1微米的分辨率,高的可達每秒5米,200ips帶有較粗的分辨率。
高精度:一個直線電機驅(qū)動運動件的準確性、分辨率和可重復性是被反饋器件控制的。帶有線性反饋的寬范圍是可利用的,預制和控制系統(tǒng)帶寬最初限制分辨率和準確性
快速響應:一個驅(qū)動設備的直線電機的響應率是機械傳動的100倍以上。這意味著更快的加速度和設置時間,帶來更高的生產(chǎn)能力。
硬度:因為沒有機械連接,增大強度僅僅是一個利潤和電流的問題。直線電機驅(qū)動系統(tǒng)的觸發(fā)率可以是一個球形螺線桿驅(qū)動系統(tǒng)的很多倍。無論怎樣,必須注意它受限于電機峰值扭矩,足夠的電流和反饋分辨率。
零后沖:沒有機械轉(zhuǎn)換元件,因而沒有后沖力。不存在分辨率的問題。直線電機在它進入正確位置之前必須被一個反饋計算置換。
維持自由運行:因為現(xiàn)代的線性電機沒有直接接觸的部件,就沒有磨損。
什么是他的劣勢?
成本:直線電機是昂貴的。這是因為低產(chǎn)量和磁鐵的價格。因為大多數(shù)的線性電機設計安裝稀有的地磁鐵作為長的導軌,這些磁鐵的成本很高,這使得長距離電機價格更昂貴。然而,隨著直線電機的持續(xù)普及,產(chǎn)量將要上升,成本將下調(diào)。這個變化已經(jīng)開始,在一個線性電機的使用成本中也必須考慮線性反饋。旋轉(zhuǎn)電機反饋(編碼器或光學分辨儀器)是相對便宜的(<$100),而不依賴長度。
線性電機執(zhí)行反饋需要一個線性的編碼器。這些裝置價格是旋轉(zhuǎn)編碼器的很多倍。一個行進100mm長度的編碼器報價接近500美元隨著新的成熟型編碼器技術(shù)發(fā)展,制造費用正減少,隨著這些編碼器使用的持續(xù)增加,價格隨后也會降低。更重要的,如果系統(tǒng)精度要求編碼器反饋,在線性和旋轉(zhuǎn)技術(shù)之間的成本差異將大大減少。
更高的帶寬驅(qū)