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                        行業新聞

                        直線滑臺-伺服電機與精密定位系統

                        發布時間:12/10/2019 11:50:16 AM 瀏覽:672

                          直線滑臺直線伺服電機已成為精密定位系統中的十分重要的部件,與傳統的機械執行器(如滾珠螺桿)相比具有很多優點。 直線滑臺伺服電機(同步設計)由用于建立磁通量的永磁鐵組件和一個可產生與線圈電流成正比的力的線圈組成。 雖然直線滑臺伺服電機可以為有刷和無刷配置,但由于有刷電機有許多缺點(電刷壽命有限、污染和電氣噪聲),因此更強烈地傾向于使用無刷設計。 另一個設計選擇與線圈組件中是否含鐵有關。 在線圈組件中使用鐵材料可在線圈和磁鐵組件之間產生很強的吸引力(其數量級為 600 至 20000 N(135 至 4500 lb))以及周期性“齒槽”力。 雖然磁通量的集中會將單位體積的連續力增加 10-30%,但更重要的結果是電感的增加。 帶有含鐵線圈組件的無刷電機的電時間常數是不含鐵設計的 5 至 20 倍,其效果是顯著降低了可獲得的伺服帶寬。 此參數是取得優異動態性能的關鍵,它直接決定了系統穩定時間(因而吞吐量)。 伺服帶寬還決定可取得的伺服剛性大??;如果一個應用沒有足夠的時間來使反應緩慢的積分項來加和,則剛性將直接影響到位置誤差。

                          哪個部件移動和哪個部件固定方面的區別取決于應用;移動的磁軌在移動質量和尺寸包絡上存在不足,但允許使用靜態線圈電纜。 另一方面,移動線圈可降低移動質量并且更加緊湊,但要求必須為線圈電纜提供合適的工作回路。


                          一個單相線圈只能用于某些有限行程應用。 傳統上,可執行任意行程的直線電機設計采用一個三相線圈,它帶有一個基于安裝在線圈組件中的數字式磁場傳感器、以 6 步順序來激勵線圈的放大器。 如果需要純粹的等速運動,則可用正弦換向代替更為簡單的六步順序控制。 這可以通過使用直線編碼器以決定線圈電流關系或通過使用兩個安裝在線圈組件中的模擬磁場(霍爾)傳感器以對線圈電流進行比例分配來實現。 基于編碼器的方法要求伺服控制器為每個軸提供兩個模擬 (DAC) 輸出,這樣就可以降低可被控制的軸總數,加電時必須要執行一個“相尋找”初始化例程。 基于編碼器和基于模擬傳感器的正弦換向方法都需要使用特殊的伺服放大器以適應新的輸入。

                          這是最簡單的參數為尺寸(即磁軌、線圈長度、安裝形式等)。 所需的磁軌長度基本上是線圈長度加行程長度,具有某種程度超行程余量。 磁軌和線圈組件的重量很重要,后者用于線圈為移動部件時的移動質量計算。 但是,關鍵特性是在機電方面,如果以 KMS 單位表示,則更加有意義。 這些關鍵特性為:

                          基本電機參數 Kmw,通常被直線電機供應商所省略,他們支持使用更為明顯的力常數 Kma。 后面這個常數可通過對導線規格進行適宜選擇而任意改變。 由于多數用戶希望每安培電流可帶來更大的力,廠商可通過簡單纏繞線圈以獲得較大的力常數來滿足他們的要求。 一些廠商宣稱具有“單位電機面積具有最大力”。 這種說法意義不大,因為可以將線圈纏繞為每安培電流具有 2 倍、5 倍或 100 倍的力。但是,沒有人愿意使用這樣一種線圈,因為這種選擇的結果是在放大器電壓要求方面使用戶處于不利局面。 在以 MKS 單位表示時,力常數和反電動勢常數是相同的: 對于每 N/A 的力常數,線圈將在每米每秒中產生 1 V。 這一反電動勢的作用會抵消電源電壓,要求使用更高的電源電壓(和放大器額定值)才能獲得規定速度。 另外,較高的力常數導致了較高的線圈電阻,這也需要較高電壓來將規定電流驅動到線圈中。

                          以“牛頓/平方根瓦特”為單位表示的基本電機常數 Kmw 更為有意義。 它將電機產生的力與必須耗散的無用熱量關聯起來。 由于熱特性為電機設定了最終性能限制,因此這是一個設計人員力求最大化的參數。 它首先與導線規格無關,只是間隙中的磁通大小、線圈體積和銅封裝效率的函數。 因此,它代表著直線電機的“質量”。 它也可用于預測特定應用的最佳導線規格和線圈電阻。 在上表中,連續和峰值力也大體獨立于直線電機的線圈導線規格。 連續和峰值電流可通過適宜選擇導線規格而在很大范圍內變化;連續電流(或力)額定值由最大允許線圈溫升決定,而選擇峰值電流(或力)額定值是為了避免永磁鐵的可能失效。

                          必須注意,直線電機在其連續力或電流額定值下運轉就等于在其最高額定溫度下運轉,對于 NEAT 直線電機來說,這個最高額定溫度限制在 120°C。 在此溫度下,線圈電阻比其標稱值(20°C 下指定)增加 39%,與此類似,基本電機常數 Kmw 降低 18%。 在設計將要在線圈的最高溫度限值附近運轉的系統時,必須要考慮到這種變化。 指定的連續電流和力額定值已經將這種情況考慮在內,因為按照定義,在這些額定值下的運轉就等同于在最高允許溫度下的運轉。

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