克服線性電機(jī)的應(yīng)用障礙

通過(guò)摒棄線性轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)及其相關(guān)慣性，直接驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)具有出色的速度、加速度和穩(wěn)定特性。免除了滾珠導(dǎo)螺桿齒隙和污濺液(slop)意味著更高的精度和可靠性。線性電機(jī)的運(yùn)行噪聲相當(dāng)小，并能提供非常長(zhǎng)的行程。此外，沒(méi)有了快速旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)螺桿就不會(huì)噴濺出污染的潤(rùn)滑劑。

在帶寬方面，線性電機(jī)為涉及快速短程增量(rapid short-distance increment)的應(yīng)用提供了很高的性能，尤其是在重復(fù)性X-Y定位系統(tǒng)中，速度、加速度和穩(wěn)定時(shí)間的結(jié)合提供了無(wú)可匹敵的生產(chǎn)力。但線性電機(jī)也有一些應(yīng)用障礙，使一些設(shè)計(jì)人員避而遠(yuǎn)之。

●外形因子與傳統(tǒng)的電機(jī)完全不同。因此，在一開(kāi)始，必須先設(shè)計(jì)自動(dòng)控制設(shè)備來(lái)調(diào)節(jié)形狀及運(yùn)行特性。

旋轉(zhuǎn)-線性轉(zhuǎn)換裝置具有一種機(jī)械優(yōu)勢(shì)，而這種優(yōu)勢(shì)直接驅(qū)動(dòng)線性電機(jī)達(dá)不到。

●用于伺服反饋的外接編碼器的成本常常幾乎與電機(jī)本身的成本等高，使整體的復(fù)雜性雪上加霜。

● 標(biāo)準(zhǔn)U型線性電機(jī)采用暴露的永磁軌，這帶來(lái)了操作上的困難，并需要保護(hù)以免受污染。周圍環(huán)境的隔絕也是一個(gè)問(wèn)題，而隱蔽處和裂隙處堆積塵粒，會(huì)形成熱斑。U型電機(jī)的激勵(lì)線圈從永磁軌內(nèi)部穿過(guò)，引發(fā)散熱問(wèn)題，往往需要強(qiáng)迫空氣冷卻。

● 有暴露軌道的卷筒型(Platen-type)電機(jī)在線圈組和軌道之間產(chǎn)生磁引力。這種多余的引力阻礙了負(fù)載工作。

為了克服這些問(wèn)題，伺服管(ServoTube)線性電機(jī)在設(shè)計(jì)中顛倒線圈和磁結(jié)構(gòu)，并把永磁鐵密封在一個(gè)不銹鋼管中。磁線圈動(dòng)子裝置圍繞推力管中的密封磁鐵，形成了一個(gè)沒(méi)有側(cè)力的對(duì)稱磁場(chǎng)，故減小了引力。動(dòng)子在空氣中轉(zhuǎn)動(dòng)，創(chuàng)建了有效的熱設(shè)計(jì)，從而無(wú)需風(fēng)扇冷卻。其它優(yōu)點(diǎn)如下：

無(wú)編碼器：一種獲專利的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)能使霍爾效應(yīng)精度提高差不多10倍，這樣整體的霍爾定位傳感器的公差在20微米范圍以內(nèi)。這種電機(jī)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，免除了外接編碼器花費(fèi)及其易碎性，帶來(lái)了極具競(jìng)爭(zhēng)性的價(jià)格，并滿足國(guó)際IP67強(qiáng)度規(guī)范。

多個(gè)動(dòng)子：該電機(jī)簡(jiǎn)明提供了利用導(dǎo)螺桿和皮帶傳動(dòng)不可能實(shí)現(xiàn)的具獨(dú)創(chuàng)性的應(yīng)用。例如，在一根推力桿上兩個(gè)獨(dú)立控制的動(dòng)子，一個(gè)動(dòng)子卸載的同時(shí)另一個(gè)加載，因而使生產(chǎn)力加倍。此外，多個(gè)動(dòng)子還能同步協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，以獲多倍的驅(qū)動(dòng)力。海軍承包商VSSL已開(kāi)發(fā)出了一種采用6個(gè)長(zhǎng)程線性電機(jī)的仿真器，每個(gè)電機(jī)都有4個(gè)動(dòng)子以獲得4倍的驅(qū)動(dòng)力。

致動(dòng)器功能：伺服管的推力桿一般由兩端支撐，由動(dòng)子定位負(fù)載。但Copley公司把動(dòng)子和推力桿的功能顛倒過(guò)來(lái)形成一個(gè)高速的直接驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，適合推/拉/舉三種方式材料處理的應(yīng)用。按照業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)安裝方法，該電機(jī)可以十分方便的替換傳統(tǒng)的閉環(huán)汽動(dòng)定位裝置。

控制多功能性：控制器寬廣的選擇范圍可提供成熟精密的凸輪系統(tǒng)和指標(biāo)能力以及CANopen網(wǎng)絡(luò), 允許線性電機(jī)無(wú)縫集成在PLC控制系統(tǒng)中。

作者：George Procter

運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)部門(mén)副總裁

運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)部門(mén)副總裁

Copley Controls公司