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行业新闻

直线滑台-伺服电机与精密定位系统

发布时间:2019/5/21 8:59:59 浏览:473

  直线滑台直线伺服电机已成为精密定位系统中的十分重要的部件,与传统的机械执行器(如滚珠螺杆)相比具有很多优点。 直线滑台伺服电机(同步设计)由用于建立磁通量的永磁铁组件和一个可产生与线圈电流成正比的力的线圈组成。 虽然直线滑台伺服电机可以为有刷和无刷配置,但由于有刷电机有许多缺点(电刷寿命有限、污染和电气噪声),因此更强烈地倾向于使用无刷设计。 另一个设计选择与线圈组件中是否含铁有关。 在线圈组件中使用铁材料可在线圈和磁铁组件之间产生很强的吸引力(其数量级为 600 至 20000 N(135 至 4500 lb))以及周期性“齿槽”力。 虽然磁通量的集中会将单位体积的连续力增加 10-30%,但更重要的结果是电感的增加。 带有含铁线圈组件的无刷电机的电时间常数是不含铁设计的 5 至 20 倍,其效果是显著降低了可获得的伺服带宽。 此参数是取得优异动态性能的关键,它直接决定了系统稳定时间(因而吞吐量)。 伺服带宽还决定可取得的伺服刚性大小;如果一个应用没有足够的时间来使反应缓慢的积分项来加和,则刚性将直接影响到位置误差。

  哪个部件移动和哪个部件固定方面的区别取决于应用;移动的磁轨在移动质量和尺寸包络上存在不足,但允许使用静态线圈电缆。 另一方面,移动线圈可降低移动质量并且更加紧凑,但要求必须为线圈电缆提供合适的工作回路。


  一个单相线圈只能用于某些有限行程应用。 传统上,可执行任意行程的直线电机设计采用一个三相线圈,它带有一个基于安装在线圈组件中的数字式磁场传感器、以 6 步顺序来激励线圈的放大器。 如果需要纯粹的等速运动,则可用正弦换向代替更为简单的六步顺序控制。 这可以通过使用直线编码器以决定线圈电流关系或通过使用两个安装在线圈组件中的模拟磁场(霍尔)传感器以对线圈电流进行比例分配来实现。 基于编码器的方法要求伺服控制器为每个轴提供两个模拟 (DAC) 输出,这样就可以降低可被控制的轴总数,加电时必须要执行一个“相寻找”初始化例程。 基于编码器和基于模拟传感器的正弦换向方法都需要使用特殊的伺服放大器以适应新的输入。

  这是最简单的参数为尺寸(即磁轨、线圈长度、安装形式等)。 所需的磁轨长度基本上是线圈长度加行程长度,具有某种程度超行程余量。 磁轨和线圈组件的重量很重要,后者用于线圈为移动部件时的移动质量计算。 但是,关键特性是在机电方面,如果以 KMS 单位表示,则更加有意义。 这些关键特性为:

  基本电机参数 Kmw,通常被直线电机供应商所省略,他们支持使用更为明显的力常数 Kma。 后面这个常数可通过对导线规格进行适宜选择而任意改变。 由于多数用户希望每安培电流可带来更大的力,厂商可通过简单缠绕线圈以获得较大的力常数来满足他们的要求。 一些厂商宣称具有“单位电机面积具有最大力”。 这种说法意义不大,因为可以将线圈缠绕为每安培电流具有 2 倍、5 倍或 100 倍的力。但是,没有人愿意使用这样一种线圈,因为这种选择的结果是在放大器电压要求方面使用户处于不利局面。 在以 MKS 单位表示时,力常数和反电动势常数是相同的: 对于每 N/A 的力常数,线圈将在每米每秒中产生 1 V。 这一反电动势的作用会抵消电源电压,要求使用更高的电源电压(和放大器额定值)才能获得规定速度。 另外,较高的力常数导致了较高的线圈电阻,这也需要较高电压来将规定电流驱动到线圈中。

  以“牛顿/平方根瓦特”为单位表示的基本电机常数 Kmw 更为有意义。 它将电机产生的力与必须耗散的无用热量关联起来。 由于热特性为电机设定了最终性能限制,因此这是一个设计人员力求最大化的参数。 它首先与导线规格无关,只是间隙中的磁通大小、线圈体积和铜封装效率的函数。 因此,它代表着直线电机的“质量”。 它也可用于预测特定应用的最佳导线规格和线圈电阻。 在上表中,连续和峰值力也大体独立于直线电机的线圈导线规格。 连续和峰值电流可通过适宜选择导线规格而在很大范围内变化;连续电流(或力)额定值由最大允许线圈温升决定,而选择峰值电流(或力)额定值是为了避免永磁铁的可能失效。

  必须注意,直线电机在其连续力或电流额定值下运转就等于在其最高额定温度下运转,对于 NEAT 直线电机来说,这个最高额定温度限制在 120°C。 在此温度下,线圈电阻比其标称值(20°C 下指定)增加 39%,与此类似,基本电机常数 Kmw 降低 18%。 在设计将要在线圈的最高温度限值附近运转的系统时,必须要考虑到这种变化。 指定的连续电流和力额定值已经将这种情况考虑在内,因为按照定义,在这些额定值下的运转就等同于在最高允许温度下的运转。

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本文来源:东莞市炯一机电设备有限公司


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