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直线电机技术

更新时间:2021-06-02    浏览次数:263

直线电机,可以被想象成是旋转电机被沿着径面切开并被展开铺平,这样一台直接驱动直线电机,可以驱动产生直线运动,无需气动、液压推杆或由旋转运动通过皮带、丝杠等直线驱动装置的转换。


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旋转电机产生旋转扭矩,相应的直线电机产生直线驱动力。


相关术语


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直线电机的基本类型


正如有交流、直流等不同类型的旋转电机,直线电机也有很多不同类型,比如:交流、直流和步进等等。


下面这张表简单的描述了各种不同类型的直线电机的应用特性:

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无刷电机


无刷直线电机运行时是无接触式的,可以做到绕组的免维护。分无铁芯(例如我们在之前介绍过的 Indra MCL )和有铁芯版本,可以使用标准三相伺服放大器驱动,具备提供高速和高加速运动曲线的能力。无刷直线电机可以产生高达 12 个 G 力的加速度,直线运动速度可达 5 m/s 以上。


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有电刷直线电机


有刷直线电机更适合较长行程,开环或闭环的直线运动应用。它的速度可以达到 2.5 m/s、低至 25 mm/s。配合直线编码器反馈,这类直线电机可以实现很高精度的位置、速度和加速度控制。


音圈


音圈电机比较适合短距离行程(通常小于 5 cm)闭环伺服应用。紧凑的体积,适合极小的安装空间。音圈有极低的机电时间常数,较低的运动质量,适合较轻负载的高加速度。音圈分为线圈移动类型和磁铁移动类型。


直线步进


直线步进电机可以用于开环或闭环的定位应用中。由于定位是内置于冲头和压板内的,无需额外的反馈装置,因此可以从整体上降低系统成本。对于开环控制,无需复杂的伺服整定。同时多个冲头可以在一个压板上运行。


使用直线步进,通常加速度可以做到 1 个 G 力,速度可以达到 2.5 m/s。 有单轴和双轴版本。


直线感应电机


直线感应电机通常由可变频的三相交流电源驱动,或者如果需要速度控制,可以使用矢量驱动器。加速度可达 1 个 G 力,速度可以超过 45m/s。 感应直线电机非常适合高速、长距离运动的重负载应用。


管状直线电机


管状直线电机通常是由单相或三相电源驱动。加速度可超过 1 个 G 力;比较适合短行程,较低工作周期 Duty Cycle 的应用;可以用来替代一些气缸的运动应用。




直线电机的输出力系数


直线电机输出力


正如上面所说,直线电机产生力输出(以牛顿 N 为单位),并沿着直线轴推动负载运动。不同类型的直线电机产品提供不同级别大小的力输出。


而持续力输出是基于工作制周期的。工作制是一个具体的百分数:



直线电机的优势:


更快的加速度

高达 10 个 G 力(甚至更快)的加速度,这可以缩短工作周期,提升用户的生产效率


高速

可达 45 m/s 或更高


高精度

精度可达 1 µm/305 mm


可重复定位精度

可达 1 µm


无回程间隙

在丝杠、齿轮、齿条和皮带等系统中会出现回程间隙,而直线电机采用直接驱动,不会出现回程间隙


高刚性

相比滚珠丝杠等直线运动系统,直接驱动的电机可以提供极高的驱动刚性。


运行极为顺滑

由于消除了机械连接,直线电机方案可以提供更顺滑的运行。


元件无接触

减少元件摩擦和磨损,降低用户维护成本。


更长寿命

因为减少和简化了组件,在正常运行情况下,可以极大延长使用寿命。


减少维护

降低用户总体拥有成本。


行程长度无限制

相比滚珠丝杠,直线电机行程完全没有限制。可以简单的通过增加定子单元延长运动行程。

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