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直线电机优缺点及在选型应用上注意事项

发表时间:2022-04-15 文章出处:北京北成新控伺服技术有限公司人气:-
引子

随着直线电机的诞生,传统结构的空间不断被挤压,越来越多的场所被直线电机所占据。那么,是什么样的“魅力”,能够让直线电机一跃成为行业的新宠,甚至风头盖过已经在市场上叱咤风云多年的丝杆模组呢?


直线电机目前已经广泛运用于各行各业:工业领域主要用于数控机床、激光设备、晶圆检测设备、光刻机等当中;教育领域,主要用于各种模型的实验当中;生物领域主要用于外骨骼机器人、CT等当中;交通物流领域主要用于分拣机器人、搬运机器人等当中。







在直线电机出现以前,几乎所有的直线运动不得不通过较为复杂的传动机构,从而实现直线运动的功能。随着直线电机的诞生,传统结构的空间被不断挤压。在一些特殊环境下,比如在负载较大,且竖直运动等的工况下, 传统的直线结构(主要为丝杆模组)依然发挥着不可替代的优异功能。除此之外,越来越多的场所被直线电机所占据。直线电机取代传统机械结构,已然成为行业公认的一个趋势,并且正在被越来越多的行业所认可。








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那么,是什么样的“魅力”,能够让直线电机一跃成为行业的“新宠”,甚至风头盖过已经在市场上叱咤多年的丝杆模组呢?




直线电机的应用优势体现



总结直线电机的应用优势,大致上包括以下几点:



(1)在机械结构方面:直线电机拥有非常简单的机械结构,在运动过程中没有机械接触,传动力是在气隙中产生,除了直线电机导轨以外没有任何其它的摩擦。直线电机在运动过程中也无需经过中间转换机构而直接产生直线运动,致使系统结构大大简化的同时减少了运动惯量。


(2)在运动控制方面:直线电机动态响应性能和定位精度大大提升,并且可以保证其可靠性。由于直线电机消除了影响精度的中间传动环节,从而使系统的精度几乎完全取决于位置检测元件,在合适的反馈装置下甚至可达亚微米级的精度。


(3)在运行方面:直线电机行程在理论上是不受任何限制的,且性能不会因为行程的大小改变而受到影响。


(4)在运动平稳方面:直线电机除了起支撑作用的直线导轨或气浮轴承外,没有其它机械连接或转换装置,从而使其在搭载高性能导轨的情况下,运行十分的平稳。


(5)在加速度方面:直线电机可以提供很大的加速度, 以及很宽的速度运行范围, 其加速度最大可以做到10G,运动速度可以从每秒几微米到数米,尤其在高速状态下其优势更为显著。


(6)在机电维护方面:直线电机的维护简单,由于部件少,运动时无机械接触,从而大大降低了零部件的磨损,只需很少甚至无需维护,使用寿命更长。


(7)在速度方面:直线电机适合高速直线运动,因为不存在离心力的约束, 普通材料亦可以达到较高的速度,通常情况下初、次级间用气垫或磁垫保存间隙,运动时无机械接触,运动部分也就无摩擦和噪声,所以传动零部件没有磨损,可大大减小机械损耗,避免拖缆、钢索、齿轮与皮带轮等所造成的噪声,从而提高整体效率。


(8)在适应性方面:直线电机的初级铁芯可以用环氧树脂封成整体,具有较好的防腐、防潮性能,便于在潮湿、粉尘和有害气体的环境中使用,而且可以设计成多种结构,满足不同情况的需要。









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直线电机应用的考量要点



直线电机拥有自身无可比拟的优越性,但其自身的局限性存在以下缺点,从而导致在做设计选择的时候,需要综合考量,选择优等配置,需要注意的选用考量点包括:


(1)直线电机的耗电量大,尤其在进行高荷载、高加速度的运动时,电机的瞬间电流对设备的供电系统会带来沉重负荷。


(2)直线电机振动高也是其不可忽视的一个短板, 直线电机的动态刚性极低,不能起到缓冲阻尼作用,在高速运动时容易引起设备其它部分的共振,从而影响设备整体的性能。


(3)直线电机发热量大,固定在工作台底部的直线电机动子是高发热部件,如果安装位置不利于自然散热, 将会对设备的恒温控制造成很大挑战。


(4)直线电机不能自锁紧,为了保证操作安全,直线电机驱动的运动轴,尤其是垂直运动轴,必须要额外配备锁紧机构,增加了设备的复杂性。



小结



众所周知,直线电机的主要优点是高速度和高加速度,以机床为例,在机床加工过程中,加速度超过10m/ s2时,所节省的辅助时间,对整个加工过程的工时来说并没有太大意义;只有在工时非常短的加工中,高加速度才有意义。也就是说,对于模具、风叶等单件复杂零件的切削加工,直线电机的优点并不明显。


基于以上原因,选择发展直线电机的设备企业都采用扬长避短的手法, 一是将直线电机应用在面向大批量生产、定位运动多、方向频繁转变的场合, 如汽车零部件加工机床,快速原型机及半导体生产机等;二是用于荷载低、工艺范围大的场合,例如电加工机床、等离子切割机、水切割机等。


直线电机选型,主要是对推力的选择,通常情况下有软件作为辅助工具。为了准确选择直线电机的推力,需要知道负载重量、有效行程、最大速度和最大加速度。辅助于选型软件,即可选择合适推力的电机。








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北京北成新控作为集工业自动化产品的销售、系统设计、开发、集成、服务于一体的高新技术公司,在直线电机选型、运用方面具有丰富的技术经验目前北京北成新控伺服技术有限公司代理销售的直线电机有:美新直线电机、安川直线电机等。


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