线性电机和执行器现在具有与滚珠丝杠和皮带驱动器成本竞争力,并为先进定位应用提供明显优越的敏捷性和带宽。新的Micromotors和执行器有助于自动化以前不可行的任务。直线线性驱动越来越多地替代伺服控制的气动气缸,有助于可靠性和可控性,免于空气压缩机的成本,噪音和维护。

图1.线性电机定位级为滚珠轴螺钉和伺服气动定位机构提供了一种粗糙,成本竞争的升级。

由半导体行业要求推动,线性电机制造商稳步提高了精度,价格降低,开发了多种电机类型,简化了进入自动化设备的集成。现代线性电机提供20G峰值加速度和10米/秒的速度,提供无与伦比的动态敏捷性,最大限度地减少维护和乘法使用。他们已经超越了专业的半导体行业使用,以提供高级性能的应用程序。

滚珠丝杠速度和经营寿命的十倍,线性直接驱动技术往往是生产力增强自动化的唯一解决方案。

动态优势

传统定位机构的动态性能受引线螺钉,齿轮列车,带驱动和柔性联轴器的限制,这产生滞后,间隙和磨损。类似地,气动致动器患有活塞质量和活塞 - 缸摩擦,以及空气压缩性,产生伺服控制复杂性。线性电动机和执行器揭示了传统定位器的质量和惯性,从这些基本局限性释放,提供了不平等的动态刚度。

直接驱动力创建使线性电机和致动器能够通过替代定位机制实现不可用的闭环带宽。电机和执行器能够充分利用现代控制器。这些控制器被调整为高环增益操作,实现宽带宽度控制,快速沉降和瞬态干扰快速恢复。

线性电机和执行器在制作静态摩擦区中操作的毫米距离移动时。它们的低质量和最小的静摩擦力最小化了启动行驶所需的驱动力,并简化控制系统在停止时防止过冲的任务。这些属性使直接驱动电机和致动器能够扫描显微镜幻灯片,并将伪像的X-Y位置图分开。

需要快速重复动作的应用可以利用线性执行器的高带宽来加倍滚珠丝杠或带驱动器的吞吐量。将材料卷为长度(纸张,塑料,甚至尿布)的机器通过操作来最大化吞吐量,而不会停止材料流量。为了剪裁飞行,这种机器加速切割刀片以与材料流量同步,以物质速度行进到切割位置,然后启动切割。切割后,将刀片返回到其起点以等待下一个往返切割循环。

线性电机类型

提供三种基本的线性电动机配置:平板,U沟道和管状电机。每个电机都有内在的好处和局限性。

平板电机,同时提供无限的旅行和最高驱动力,在负载载体和电机的永磁轨道之间发挥相当大的和不希望的磁力吸引力。这种吸引力需要支撑额外负载的轴承。

U型通道电机,其铁芯具有低惯性,因此最大的敏捷性。然而,核心载荷承载磁线圈在U沟道框架内部行进,限制热除去。

管状线性电机坚固,热高效,最简单的安装。它们为滚珠和气动定位器提供了替代品。管状电机的永磁体被包裹在不锈钢管(推力杆)中,其在两端支撑。如果没有额外的推力杆支撑,则负载行程限于2至3米,这取决于推力杆直径。

图2.线性伺服电机平面床(顶部),U沟道(中心)和管状(底部)款式。

在所有三种电机类型中,管状电机最好配备主流工业用途。管状线性电机从基本的工程创新中获得了深刻的好处。Copley Controls的线性电机用整体霍尔传感器更换传统的外部线性编码器。专利的磁路使霍尔效应传感器能够在分辨率和可重复性方面实现近几乎十倍。

随着线性编码器的成本几乎与线性电机本身一样高,消除它们是大量成本降低。这也简化了线性电机集成到自动化系统中,因为没有Finicky编码器来支持和对齐。其他好处包括来自编码器对受保护环境的坚固性,可靠性和自由度。

管状线性电机可以转化为功能强大的通用直接驱动线性执行器。在执行器化工中,锻造仍然静止(螺栓固定到机架),而负载定位推力杆在摩尔卡内安装在低摩擦,无润滑轴承上。除了优于滚珠丝杠和带驱动器外,线性致动器是可编程伺服气动定位系统的更高性能替代方案。

管状线性电机赋予自己的倍增应用,其中两个独立的指示器在单个推力杆上运行。每个蜗杆都有自己的伺服驱动器,可以完全独立于另一个。然后,一个蜗杆可以加载,例如其他卸载。该技术可以通过从快速行驶传送器抬起两个物品并将它们置于第二输送机上的精度来加倍吞吐量。

类似地,在单个推力杆上操作的多个作用,可以双重,三倍,甚至四次驱动力。FIRCERS可以由单个控制器操作。

图3.管状线性电机用整体霍尔传感器取代外部位置编码器,带来成本,性能和应用效益。

线性电机承载的煤炭携带煤层长寿命,单轨轴承。相比之下,滚珠丝杠旋转线性转换机制涉及额外的磨损来源,降低性能和缩短寿命。

线性执行器推力杆在长寿命,无润滑的无轴承安装在锻造中。这种内在的简单性使执行器能够提供1000万操作周期。执行器轴承是自对齐的,宽松的安装。致动器驱动力直接施加到推力杆,提高加速度和响应性。

通过将外部编码器替换为集成在芯片中的固态传感器,直接驱动电机和执行器成为非常简单的双组件设备。Forcer和推力杆都是具有本质上非常强大的部件,它使电动机和执行器能够符合国际IP67冲洗额定值。

没有磨削齿轮和呼吸铅螺杆的缺乏,可提供线性电动机和执行器的低噪声操作的越来越重要的资格。OSHA紧邻欧洲工业代码的脚跟,这会对工作场所噪音的规则越来越严格。安静的操作在实验室和医院环境中已经至关重要;随着OSHA向其他生产环境扩展其统治,这一问题将越来越普遍。

本文是由Copley Motion Systems LLC,州Coply Motion Systems LLC副总裁George Procter撰写的。有关更多信息,请单击这里


运动控制技术杂志

本文首先出现在2008年4月期刊上运动控制技术杂志。

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