直线电机采用的全闭环控制,是指电机本体上装有光栅尺,时刻反馈动子的位置,由于光栅尺的位置精度很高,所以用直线电机驱动负载,可以提高控制精度。与标准伺服驱动的直线单元比,采用直线电机驱动的传动装置,不需要任何转换装置而直接产生推力,简化了整个系统,保证了运行的可靠性,提高了传动效率,降低了制造成本,易于维护。直线电机是通过电能直接产生直线电磁推力的,它在驱动装置中,其运动可以无机械接触,使传动零部件无磨损,从而大大减少了机械损耗,例如直线电机驱动的磁悬浮列车就是如此。普通伺服驱动的直线运动,其机械结构在运行中,噪声是不可避免的;而直线电机是靠电磁推力驱动装置运行,所以整个装置的噪音很小或无噪音,运行环境好。由于直线电机结构简单,且它的初级铁心在嵌线后可以用环氧树脂等密封成整体,所以可以在一些特殊场合中应用。例如可在潮湿甚者水中使用,可在有腐蚀性气体或有毒、有害气体中应用,甚至在高温或低温下使用。
直线电机的简单结构也使散热效果较好,由于初级的铁心和绕组端部都暴露在空气中,次级很长,具有很大的散热面,热量很容易散发掉,所以直线电机的热负荷可以取得较高,并且不需要附加冷却装置。
同时,直线电机的动态响应速度是普通伺服驱动方式比不了的,用直线电机驱动,可以大大提高设备的加工效率。
由定子演变而来的一侧称为初级,由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时,将初级和次级制造成不同的长度,以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级,也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用,目前一般均采用短初级长次级。
直线电动机的工作原理与旋转电动机相似。以直线感应电动机为例:当初级绕组通入交流电源时,便在气隙中产生行波磁场,次级在行波磁场切割下,将感应出电动势并产生电流,该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定,则次级在推力作用下做直线运动;反之,则初级做直线运动。
直线电机的驱动控制技术
一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机,具有能在的条件下实现技术与经济要求的控制系统。随着自动控制技术与微计算机技术的发展,直线电机的控制方法越来越多。对直线电机控制技术的研究基本上可以分为三个方面:一是传统控制技术,二是现代控制技术,三是智能控制技术。
传统的控制技术如PID反馈控制、解耦控制等在交流伺服系统中得到了广泛的应用。其中PID控制蕴涵动态控制过程中的过去、现在和未来的信息,而且配置几乎为优,具有较强的鲁棒性,是交流伺服电机驱动系统中基本的控制方式。为了提高控制效果,往往采用解耦控制和矢量控制技术。
伺服电机(servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置;伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象,闭环控制。 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能,而不需要任何中间转换机构的传动装置;它可以看成是一台旋转电机按径向剖开,并展成平面而成,由定子演变而来的一侧称为初级,由转子演变而来的一侧称为次级; 在实际应用时,将初级和次级制造成不同的长度,以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变;直线电机可以是短初级长次级,也可以是长初级短次级,考虑到制造成本、运行费用,目前一般均采用短初级长次级。直线电机结构紧凑、功率损耗小、快移速度高、加速度高、高速度(直线电机通过直接驱动负载的方式,可以实现从高速到低速等不同范围的高精度位置定位控制;运用于地铁的自动门伺服电机在低速时易出现低频振动现象,振动频率与负载情况和驱动器性能有关;一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由伺服电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当伺服电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。目前用于电脑绣花机的伺服电机多数为五相混合式伺服电机,目的是通过采用高相数的步进电机来减小步矩角和提高控制精度;但是采用该种方式获得的性能上的提高是有限的,而且成本也相对较高,采用细分驱动技术可以大大改善伺服电机的运行品质,减少转矩波动,抑制振荡,降低噪音,提高步矩分辨率。其实直线电机也是伺服电机的一种。
滚珠丝杠是工具机和精密机械上常使用的传动元件,其主要功能是将旋转运动转换成线性运动,或将扭矩转换成轴向反复作用力,同时兼具高精度、可逆性和的特点。滚珠丝杠发展至今,已经广泛应用到各产业机械的定位精度控制上如精密机床、产业机械、电子机械、输送机械等。
直线电机又称为线性马达,是各个领域之中的制造企业常用的一种机械设备.将其安装在生产设备上就能够为企业的生产线提供高速的自动线性运动,从而可以有效提高企业的产能。
直线电机的特点在于直接产生直线运动,而滚动丝杠,旋转电动机间接产生直线运动。
我们就两者的主要特性做一些比较:
1、速度
在速度方面直线电机具有相当大的优势。直线电机的速度为420m/min;加速度为10g。滚珠丝杠的速度为120 m/min;加速度为1.5g。从速度和加速度的对比上直线电机具有相当大的优势,而且直线电机在成功解决发热问题后速度还会进一步提高,而“旋转伺服电机+滚珠丝杠”在速度上却受到了较多限制很难再有所提高。从动态响应来讲直线电机因运动惯量和间隙以及机构复杂性等问题而占有优势。
在速度控制方面,直线电机响应更快,调速范围更宽,达1:10000,可以在启动瞬间达到高转速,而且在高速运行时能迅速停止。
2、精度
精度方面直线电机因传动机构简单减少了插补滞后的问题,定位精度、重现精度通过位置检测反馈控制都会较“旋转伺服电机+滚珠丝杠”高,且容易实现。
直线电机定位精度可达0.1μm。“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的精度为2~5μm,
3、能耗
“旋转伺服电机+滚珠丝杠”属于节能增力型传动部件。在提供相同转矩时,直线电机消耗的能源约比“旋转伺服电机+滚珠丝杠”多一倍以上。而且直线电机的可靠性受控制系统稳定性的影响,且对周边环境有较大影响,因此必须采取有效的隔磁和防护措施以隔断磁场对滚动导轨的影响和对铣屑磁尘的吸附。
以上信息由专业从事直线电机定子生产商的星纳特于2024/7/21 8:32:23发布
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