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用于动态应用的线性电机的优点和缺点

经过丹妮尔柯林斯|3月31日,2021年3月31日

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线性电机可以实现高加速率和长的行程长度,具有良好的推力和极高的定位精度,而其他驱动机构,如带,螺钉或机架和小齿轮,必须至少牺牲这些要求中的至少一个,以便实现这些要求其他。这就是为什么线性电机是高度动态应用的优选选择,例如计量和半导体制造。

线性电机优势
图片信用:ETEL

事实上,根据他们的性能规格,线性电机似乎是完善解决竞争要求的解决方案通常在线性运动应用中发现。但这会带来这个问题,“为什么没有线性电机更广泛地采用?”

要了解为什么线性电机仍然落后于其他驱动技术 - 如带,螺钉或机架和小齿轮驱动器 - 让我们看看线性电机设计的一些好处和缺点。


发热和耗散

当施胶和选择电动机时 - 旋转或线性 - 主考虑的旋转或线性是热量的。实际上,扭矩(或力)与速度曲线描绘了给定电动驱动组合的连续和间歇操作范围,基于电动机在指定的操作条件下消散热量的能力。

无铁线性电机
在大多数线性电动机应用中,负载直接连接到挡板,含有绕组。这可以使发热尤其有问题,因为来自电动机的热量可以直接转移到负载。
图片学分:Aerotech

对于旋转电动机的线性电动机来说,发热可以是更成问题的,因为该负载安装到载体,该载荷载有电动机绕组。(在一些线性电机设计中,负载可以安装到磁铁轨道上,尽管这可能仅适用于短程。)和在无铁线性电机,绕组封装在环氧树脂中,其不会随着诸如铁或铝的金属而容易地散热。

这意味着热量容易转移到负载和周围部件,导致热膨胀,降解或在极端情况下,损坏或失败。即使负载不受影响,加热的积聚也可以降低电机的连续力输出。为了解决这一点,一些应用需要强制的空气或液体冷却,这增加了成本,足迹和复杂性。


保护免受污染

由于他们的开放式设计和暴露的磁铁,平坦,铁芯线性电机而U-Channel Inonless Designs可能难以免受污染。虽然可以用各种现成的架子保护支撑线性引导件密封和刮刀,线性电动机的暴露磁铁可以吸收加工操作的黑色颗粒或简单地从制造和工厂环境中发现的空气传播污染。液体污染可能会损坏敏感的电子器件或干扰反馈系统。

当然,盖子和外部结构可以设计用于防止污染,但它们可以使电动机变得更加困难,以消散热量,加剧上述热相关问题。

ChieDTEK封闭式铁核 - 电机 - 用于苛刻的应用
有时需要在金属芯片或液体污染环境中的线性电动机需要保护罩和外壳。但是,它们可以防止电机耗散足够的热量,然后降低电机输出力。
图像信用:首席执行官精度

补偿振动和振荡

线性电机解决方案的关键销售点之一是,它消除了对电机和负载之间的螺钉,带,齿轮箱和联轴器作为螺钉,带,齿轮箱和联轴器的需要。这意味着线性电机不会遭受间隙,卷绕和遵守的影响,这是其实现非常高的定位精度和执行高度动态移动的能力的主要因素,以及快速加速和减速率。

但是,通过提供振荡和衰减干扰的阻尼机构,机械传动部件可以在运动系统中受益,例如由负载运动的加工力或振动的反应。没有这种“内置”阻尼效果,振动和振动可以防止线性电动机实现所需的定位精度或稳定时间。

为了确保系统可以反应,并进行校正,这些无法衰减的振动和振荡的效果,线性电动机系统通常需要更高的频率速度,位置和电流(力)控制环,以及更高的电流回路带宽。位置反馈系统 - 通常是一个光学或磁性线性编码器- 还需要具有更高的分辨率,因此控制器可以更准确地追踪电机和负载的位置。甚至机器框架或支撑结构也必须足够坚硬(具有高固有频率),以保持相对有难以置信的冲击和振动,并承受由线性电动机产生的力。

线性电机的优点
x =位置,v =速度,i =电流,f =力,l =自感,r =电阻
为了实现线性电动机的定位精度,控制系统需要高带宽电流回路,高频控制回路和高分辨率反馈。
图像信用:Beckhoff

换句话说,由于有些组件来帮助补偿振动和干扰,因此反馈和控制回路必须能够更快,更准确地对系统进行通信,以实现动态,高精度的性能。


前期成本与总体拥有成本

最后,广泛采用线性电机的关键限制因素之一仍然是前期成本。虽然比较比比皆是展示了较低的总体成本(TCO)线性电机解决方案在传统的皮带,螺钉或机架和小齿轮解决方案中的一些应用中,线性电机系统的上部成本仍然是用于为工程师和设计师采用的障碍,他们在内部满足了满足性能规范受限制的预算。案例在点:对于具有非常长的旅行长度的应用 - 线性电机解决方案Excel的领域之一 - 磁铁和高分辨率线性编码器以满足旅行要求的成本可以价格脱离考虑线性电机解决方案。


非传统应用推动线性电机采用率的增长

尽管发热引起的潜在困难,但保护污染,高带宽控制和成本,即线性电机的采用率是生长。一旦被视为半导体,计量和重型加工应用,铁芯,无铁和管状线性电动机现在用于汽车,食品和包装和印刷应用,并且在那里移动可能不那么具有挑战性或者准确性要求如苛刻,但在较少的组件的好处,更少的停机时间和更高的吞吐量,证明了额外的成本和设计考虑。

管状线性电机应用
管状线性电机可以在一系列包装和组装应用中取代气动和电动缸。
图像信用:kunlin技术

提交:线性运动提示


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