ADI

行星减速机( Planetary GearBox)是伺服减速机的一种。

它是运动控制系统中连接伺服电机和应用负载的一种机械传动组件。

如上图所示,右侧是动力输入,连接伺服电机;左侧是输出轴,连接设备机械负载。

行星减速机与伺服电机合体以后是酱婶儿的。

行星减速机在机械设备的运控系统中起到的作用主要包括:

传输电机动力和扭矩;
传输和匹配动力转速;
调整应用端机械负载与驱动侧电机之间的惯量匹配;

从内部结构看,如上图所示,(自右向左)行星减速机大致由电机侧(输入侧)轴承、电机侧法兰、输入轴、行星齿轮组、输出轴、输出侧(负载侧)法兰和负载侧轴承几个部分组成。

而在这一系列组件的中间位置,就是任何行星减速机都必须搭载的核心传动部件:

- 行星齿轮组 -

可以看到,在行星齿轮组的结构中,有多个齿轮沿减速机壳体内圈环绕在一个中心齿轮周围,并且在行星减速机运转工作时,随着中心齿轮的自转,环绕在周边的几个齿轮也会围绕中心齿轮一起“公转”。因为核心传动部分的布局非常类似太阳系中行星们围绕太阳公转的样子,所以这种减速机被称为“行星减速机”。

中心齿轮通常被称为“太阳轮”,由输入端伺服电机通过输入轴驱动旋转。

多个围绕太阳轮旋转的齿轮被称为“行星轮”,其一侧与太阳轮咬合,另一侧与减速机壳体内壁上的环形内齿圈咬合,承载着由输入轴通过太阳轮传递过来的转矩动力,并通过输出轴将动力传输到负载端。

正常工作时,行星轮围绕太阳轮“公转”的运行轨道就是减速机壳体内壁上的环形内齿圈。

当太阳轮在伺服电机的驱动下旋转时,与行星轮的咬合作用促使行星轮产生自转;同时,由于行星轮又有另外一侧与减速机壳体内壁上的环形内齿圈的咬合,最终在自转驱动力的作用下,行星轮将沿着与太阳轮旋转相同的方向在环形内齿圈上滚动,形成围绕太阳轮旋转的“公转”运动。

通常,每台行星减速机都会有多个行星轮,它们会在输入轴和太阳轮旋转驱动力的作用下,同时围绕中心太阳轮旋转,共同承担和传递减速机的输出动力。

不难看出,行星减速机的电机侧输入转速(即:太阳轮的转速),要比其负载侧输出转速(即行星轮围绕太阳轮公转的速度)要高,这也是为什么它会被称作“减速机(Reducer)”的原因。

电机驱动侧与应用输出侧之间的转速比值,称为行星减速机的减速比,简称“速比”,通常在产品规格中用字母 “ i ” 表示,它是由环形内齿圈与太阳轮的尺寸(周长或齿数)之比决定的。一般情况下,具有单级减速齿轮组的行星减速机速比通常在 3 ~ 10 之间;速比超过 10 以上的行星减速机,需要使用两级(或以上)的行星齿轮组减速。

在正常运转工作时,行星减速机的输出

转速 = 驱动侧(电机侧)转速 ➗ 速比 i;
转矩 = 电机侧输入转矩 X 速比 i ;

例如,驱动侧(电机侧)接入的伺服电机转速为 3000 RPM,此时如果选用减速比为 4 的行星减速机,那么在减速机负载侧(输出侧或设备应用端)的输出转速将仅为电机的 1/4,也就是 750 RPM;而与此同时,这台行星减速机在其负载侧提供的输出转矩将高达电机侧输入转矩的 4 倍,换句话说,若要在减速机的负载侧(设备应用端)获得 120 Nm 的转矩输出,输入端的伺服电机仅需要具备 30 Nm 的转矩输出能力。

和所有运控传动机构一样,在运控设备中使用行星减速机时,也需要考虑到其传动效率、刚性和精度。

而由于在运转时的咬合齿数较多,齿轮咬合的总体接触面积也比较大,因此,相比普通的固定齿轮减速机,行星减速机的动力传输效率更高,具备更强的转矩动力输出能力,同时其传动刚性也更硬。

通常,伺服行星减速机的传动效率可以达到 97% 以上,背隙一般低于 3 arcmin,刚性可达 3 Nm/arcmin 甚至更高。

最后,让我们再来通过一组视频,快速了解一下行星减速机是如何工作的。

本文转自:行星减速机入门

点击这里,获取更多电机控制设计信息

围观 17
29

随着汽车制造业对焊接精度和速度等指标提出的要求越来越高,以及用户个性化需求的日益加强,为了满足多车型、多批次的市场需求,提高车身车间生产能力的柔性和弹性,工业机器人在车身焊接中得到了广泛应用。本文结合实例介绍了点焊机器人、螺柱焊机器人和弧焊机器人系统在车身焊接中的应用。

轿车车身的结构和工艺在很大程度上决定了乘车的安全系数。车身本体是由十几个大总成和数百个薄板冲压件,经点焊、弧焊、激光焊、钎焊、铆接、机械连接以及胶接等工艺连接成的复杂薄板结构件。由于白车身所涉及的零件多、工艺复杂且设备类型繁多,因此车身规划对焊接工艺、装焊夹具、质量控制以及维护保养等都有较高的要求。本文结合实例重点介绍了点焊机器人系统、螺柱焊机器人系统和弧焊机器人系统在车身焊接中的应用。

点焊机器人系统

车身点焊的质量直接影响着汽车车身强度和使用安全性。点焊设备因易于机械化、成本较低廉、技术成熟且配套设施完善,在汽车车身的生产中应用得最为广泛。现在,点焊焊接过程完全自动化已成为趋势,机器人点焊系统已得到广泛应用,正逐步取代手工点焊。

1.气动点焊机器人系统

气动点焊机器人系统包括机器人本体、机器人控制器、点焊控制器、自动电极修磨机、气动点焊钳和水气供应的水气控制单元等,如图1所示。

气动点焊机器人系统

图1气动点焊机器人系统

气动焊钳作为点焊机器人的执行机构,目前普遍采用了一体化焊钳,就是焊接变压器装在焊钳后面,减少了二次电缆的损失,提高焊接质量。由于采用一体化焊钳,变压器必须尽量小型化,提高机器人有效负载。对于容量较大的变压器,已开始采用中频逆变技术:把50Hz工频交流变为600~1000Hz交流再整流,使变压器体积减少、减轻。

气动焊钳电极组件形式上与手工焊接焊钳基本相似,完成与工件接触及通电焊接作用,为降低维护改造成本,焊钳组件有模块化的趋势。点焊机器人动作稳定可靠,重复精度高,可代替人的繁重体力劳动,并且提高了焊接质量,提高了生产线柔性。

2009年,上汽乘用车公司南京基地新建10万辆荣威350系列轿车AP11焊接生产线。该线从日本FANUC公司引进49台六轴气动点焊机器人,应用在工艺要求较高的车身下车体总成焊接工位、侧围总成及车身本体的装配焊接上。

在成功新建AP11主线后,上汽乘用车公司南京基地于2011年在AP11基础上建设MG5车型生产线时,再次引进引进日本FANUC公司的10台点焊机器人,用于6万辆生产能力的AP12主线上,应用在工艺质量要求较高的车身下车体总成焊接工位、侧围部件、侧围总成及车身本体的装配焊接上。

与原AP11主线不同的是,建设投产的AP12主焊线与AP11线实现设备全部共用,充分满足了柔性混线生产的需求,实现了短时切换或无需切换的全柔性生产模式。为节省建设成本及场地,我们将生产线多数工位上的一台机器人改造为可带两把以上焊钳或抓手工具,通过采用自动工具交换装置可快速进行焊钳间的切换。

2.伺服点焊机器人系统

实现更高的焊接质量并满足性能要求,AP12线还引进采用了新型中频点焊伺服焊枪控制技术。此系统可满足高强/超高强度钢板和多层板材的焊接,以适应汽车轻量化与车身防撞安全不断提高的要求。

伺服点焊机器人系统包括机器人本体、机器人控制器、中频点焊控制器、自动电极修磨机和伺服点焊钳等。伺服焊枪的优点是传统气动焊机无法比拟的,其最大的特点是以伺服装置代替气动装置,按照预先编制的程序,由伺服控制器发出指令,控制伺服电动机按照既定速度、位移进给,形成对电极位移与速度的精确控制,脉冲数目与频率决定电极位移与速度,电动机转矩决定电极压力。

伺服焊枪具有增强诊断及监控、简化焊钳设计、提高柔性、降低维修率、提高运行时间及减少生产成本(耗气/备件/省电)等特点,将是未来汽车装配生产线上应用的主要设备。其中频点焊的质量和效率均远高于工频焊接,主要表现在以下几方面:

(1)减少生产节拍机器人与焊钳同步协调运动,大大提高了生产节拍,使焊点间及障碍物的跳转路径最小化;可随意缩短电极开口减小关闭焊钳时间;焊接开始信号发出后可更快、更好地控制加压;更快地更改焊接压力,其压力调节速度可达200kgf/cycle(98N/ms);能够很好地避免和抑制飞溅,有效保证和提高焊接质量;焊接完成信号发出后可更快打开焊钳;减少电极更换及修磨时间;换枪、电极修磨及更换后快速标定。

(2)提高焊接质量软接触可实现极少的产品冲击,还可以减小噪声;高精确度的可重复性加压;焊接中精确恒压控制;焊接过程中压力可实现调整;更稳定的电极管理及控制等。

相对气动焊枪,伺服焊枪的渐进和预压过程是影响焊接效率的两个关键阶段。可编程电极行程和速度可以缩短同一工位上多个焊点的渐进时间,也可以提高焊接生产率。以预压为例进行分析,图2所示为气动焊枪和伺服焊枪在焊接过程中电极力的变化,假定达到设定预压力,电极力将保持恒定。如表所示,伺服焊枪焊接的一个焊点可节省0.44s,以一台轿车约3500~5000个焊点为例,将节省26~37min的焊接时间,生产率得到极大提高,车身焊装线的生产能力大大提升。

图2气动焊枪和伺服焊枪在焊接过程中电极力的变化

气动焊机和伺服焊枪的预压时间对比

螺柱焊机器人系统

目前,我国汽车制造业主要应用的螺柱焊接技术是短周期拉弧式螺柱焊,辅以相关的自动控制设备,大幅提高了汽车的焊接质量,提升了汽车品质。

螺柱焊接技术由于具有快速、可靠、操作简单和成本低等优点,可替代铆接、钻孔、手工电弧焊和钎焊等连接工艺,可焊接碳钢、不锈钢、铝以及铜及其合金等金属,现在已广泛应用在汽车、船舶制造等领域。

随着计算机技术、自动化技术及电子电力技术的不断发展,目前焊接设备正在向自动化、智能化和数字化的方向发展,螺柱焊接技术作为一种焊接技术工艺当然也在顺应着这个趋势。IGBT逆变式焊接电源正在取代晶闸管控制的焊接电源,控制系统采用了微处理器和液晶显示屏,使焊接参数编程操作简单直观。伺服电机控制的焊枪正在取代弹簧机械式焊枪,可以精确控制螺柱的提升行程,使焊接质量更可靠。

弧焊机器人系统

汽车车身结构的特点决定了车身制造离不开弧焊技术。传统手工弧焊焊接时的火花及烟雾对人体造成危害较大,工作环境恶劣,且对工人技能要求更高,焊缝质量一致性差,波动也较大。特别是汽车的重要结构安全件,其焊接质量对汽车的安全性起着决定性的作用,因此整车厂有逐步采用自动化弧焊机器人替代手工方式的趋势。

弧焊机器人系统

图3弧焊机器人系统

对车身弧焊机器人工作站的设计规划应首先考虑是否满足生产纲领、工作站的柔性和焊接质量,以及机器人及焊枪的选型及电控设计。具体内容包括:

机器人系统设计参数包括有效载荷、轴数、各轴的自由度范围及控制系统等。

机器人工作范围及姿态,充分考虑车身形式和弧焊点位置、夹具形式。通过3D设计模型仿真模拟干涉危险点的焊接,对焊枪及夹具的形状、机器人操作位置等进行反复修改,确定方案再进行可行性论证及设计修正。

确定机器人的高度及与前后左右距离,确保所有弧焊点机器人焊枪可达。进行优化设计最可靠的方法是通过机器人仿真软件模拟实际的焊接工作,具体方法是加入工位夹具、工件及焊枪的3D模型,在虚拟环境进行工作站的装配和调试,路径模拟,发现是否干涉,以此调整各部分的相对尺寸达到最佳。

工艺时序设计,控制流程图设计。弧焊机器人工作站的设备构成包括弧焊机器人、机器人控制器、焊机、清枪系统、输送系统、焊接夹具、排烟除尘设备、安全防护网、弧光遮挡帘和水电气单元等。

上汽乘用车公司南京基地荣威350/MG5车型生产线采用了4台日本FANUC公司的弧焊机器人及奥地利Fronius公司先进的CMT焊机系统(具备“冷”金属过渡焊接技术)。CMT焊接技术系统的特点是:作为完全的“冷”技术,近乎无电流状态下的熔滴过渡,低热输入量;能够进行薄板/超薄板焊接;确保无飞溅过渡,减少了焊后清理工作;引弧可靠,良好的搭桥能力使得焊接过程操作容易;焊接过程送丝稳定,焊接工艺专家数据库化,简化缩短工艺调试过程等。

结语

作为一种大众商品,人们对轿车的要求不仅是美观舒适,而且还要结实耐用。这就要求白车身既要有足够的焊接强度,又要有合格的外观质量。点焊机器人和弧焊机器人系统作为一个灵活、独立的焊接加工单元给大批量、高效率和高质量进行流水线的汽车制造提供了有利保障,让高柔性化的短时弹性生产也成为可能。

本文转自: 机器人焊接技术在车身焊接工艺的应用

点击这里,获取更多电机控制设计信息

浏览 1 次
29

直线电机------linear motion actuator

一般电动机工作时都是转动的.但是用旋转的电机驱动的交通工具(比如电动机车和城市中的电车等)需要做直线运动,用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动,这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置,能不能直接运用直线运动的电机来驱动,从而省去这套装,人们就提出了这个问题,现在已制成了直线运动的电动机,即直线电机。

什么是直线电机

直线电机也称线性电机,线性马达,直线马达,推杆马达。最常用的直线电机类型是平板式和U 型槽式,和管式。 线圈的典型组成是三相,有霍尔元件实现无刷换相。

现代先进的驱动技术主要分为两大类:一类为电磁式的,另一类则为非电磁式的。

电磁类的现代先进的驱动技术主要由现代电磁类驱动器与现代控制系统组成,它的驱动器包括传统改进型的电磁驱动器与新发展型的电磁驱动器。它们中有旋转的、直线的、磁浮的、电磁发射的等等。

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。

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通过中问任何转换装置的新颖电机,它具有系统结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、维护方便等优点。旋转电机所具有的品种,直线电机几乎都有相对应的品种

直线电机结构示意图如下图所示。直线电机是将传统圆筒型电机的初级展开拉直,变初级的封闭磁场为开放磁场,而旋转电机的定子部分变为直线电机的初级,旋转电机的转子部分变为直线电机的次级。

直流电机结构图

如果初级是固定不动的,次级就能沿着行波磁场运动的方向做直线运动。即可实现高速机床的直线电机直接驱动的进给方式,把直线电机的初级和次级分别直接安装在高速机床的工作台与床身上。由于这种进给传动方式的传动链缩短为0,被称为机床进给系统的“零传动”。

直线电机的工作原理

一般电动机工作时都是转动的。但是用旋转的电机驱动的交通工具(比如电动机车和城市中的电车等)需要做直线运动,用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动。这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置。能不能直接运用直线运动的电机来驱动,从而省去这套装呢?几十年前人们就提出了这个问题。现在已制成了直线运动的电动机,即直线电机。

直线电机的原理并不复杂.设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开,并且展平,这就成了一台直线感应电动机。在直线电机中,相当于旋转电机定子的,叫初级;相当于旋转电机转子的,叫次级,初级中通以交流,次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动。

这时初级要做得很长,延伸到运动所需要达到的位置,而次级则不需要那么长,实际上,直线电机既可以把初级做得很长,也可以把次级做得很长;既可以初级固定、次级移动,也可以次级固定、初级移动。

直线感应电动机是由旋转电动机演变而来。当一次侧的三相(或多相)绕组通入对称正弦交流电流时,会产生气隙磁场。当不考虑由于铁芯两端开断而引起的纵向边缘效应时,这个气隙磁场的分布情况与旋转电动机相似,沿着直线方向按正弦规律分布。

但它不是旋转而是沿着直线平移,称为行波磁场(如图6中1曲线所示)。显然行波磁场的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上的线速度是一样的,行波磁场移动的速度称为同步速度。

式中:
D——旋转电动机定手内圆周的直径;
t——极距,t=πD/2p;
P——极对数;
f1——电源的频率。

行波磁场切割二次侧导条,将在导条中产生感应电动势和电流,导条的电流和气隙磁场相互作用,产生切向电磁力。如果一次侧固定不动,则二次侧便在这个电磁力的作用下,顺着行波磁场的移动方向作直线运动。若二次侧移动的速度用v表示,转差率用s表示,则有:

电动状态时,s在0~1之间。
二次侧移动速度为:

可见,改变极距或电源频率,均可改变二次侧移动的速度;改变一次绕组中通电相序,可改变二次侧移动的方向。

直线电机的分类及结构

直线感应电机主要有扁平型、圆筒型和圈盘型3种类型,其中扁平型应用最为广泛。

1.扁平型

扁平型电机可以看作是由普通的旋转异步电动机直接演变而来的。图1左图表示一台旋转的感应电动机,设想将它沿径向剖开,并将定、转子圆周展成直线,如图1右图,这就得到了最简单的平板型直线感应电机。 在旋转电机中转子是绕轴做旋转运动的,见绿色箭头线;在直线电机中动子是做直线移动的,见绿色箭头线。

旋转电动机与直线电动机

图1—旋转电动机与直线电动机

对应于旋转电动机定子的一边嵌有三相绕组,称为初级(定子);对应于旋转电动机转子的一边称为次级(动子或滑子)。直线电机的运动方式可以是固定初级,让次级运动,此称为动次级;相反,也可以固定次级而让初级运动,则称为动初级。

显然初级与次级长度相同是不能正常运行的,实际扁平型直线感应电动机初级长度和滑子长度并不相等,在图2上图是短初级长次级结构;图2下图是长初级短次级结构。

扁平型直线电动机

图2—扁平型直线电动机

为了抵消定子磁场对动子的单边磁吸力,平板型直线感应电动机通常采用双边结构,即用两个定子将动子夹在中间的结构型式。

双边扁平型直线电动机

图3--双边扁平型直线电动机

扁平型直线感应电机的—次侧铁芯由硅钢片叠成,与二次侧相对的一面开有槽,槽中放置绕组。绕组可以是单相、两相、三相或多相的。二次侧有两种结构类型:一种是栅型结构,铁芯上开槽,槽中放置导条;并用端部导条连接所有槽中导条;另一种是实心结构,采用整块均匀的金属材料,可分为非磁性二次侧和钢二次侧。非磁性二次侧的导电性能好,一般为铜或铝。

2.圆筒型

圆筒型直线电机也称为管型直线电机,把平板型直线电动机沿着直线运动相垂直的的方向卷成筒形,就形成了圆筒型直线电动机,见下图。

将上图中a所示的扁平型直线感应电动机沿着和直线运动相垂直的的方向卷成筒形,就形成了圆筒型直线感应电动机(如图4所示圆筒型直线感应电机的演变)。在特殊场合,这种电动机还可以制成既有旋转运动又有直线运动的旋转直线电动机。旋转直线的运动体可以是一次侧,也可以是二次侧。

直线感应电动机的动子一般是低碳钢板敷铜板或镶铜条,也可以用导电良好的金属板(铜板或铝板);圆筒型直线电机动子多采用厚壁钢管,在管外壁覆盖1至mm厚的铜管或铝管。

如果动子由永磁材料制作就组成直线同步电动机。

3.圆盘型

圆盘型直线电机的次级(转子)做成扁平的圆盘形状,能绕通过圆心的轴自由转动:将两个初级放在圆盘靠外边缘的平面上,使圆盘受切向力作旋转运动。由于其运行原理和设计方法与平板型直线感应电动机相同,故仍属直线电动机。

圆盘型直线感应电机如上图所示,它的二次侧做成扁平的圆盘形状,能绕通过圆心的轴自由转动:将一次侧放在二次侧圆盘靠外边缘的平面上,使圆盘受切向力作旋转运动。但其运行原理和设计方法与扁平型直线感应电机相同,故仍属直线电机范畴。与普通旋转电机相比,它具有以下优点:

a) 转矩与旋转速度可以通过多台一次侧组合或者通过一次侧在圆盘上的径向位置来调节。

b) 无需经过齿轮减速箱就能得到较低的转速,因而电动机的振动和噪声很小。

直线电机的发展

1840年
Wheatsone开始提出和制作了略具雏形的直线电机。

1905年
曾有两人分别建议将直线电动机作为火车的推进机构,一种建议是将初级放在轨道上,另一种建议是将初级放在车辆底部。这些建议无疑是给当时直线电机研究领域的科研人员的一剂兴奋剂,以致许多国家的科研人员都投入了这些研究工作。1917年出现了第一台圆筒形直线电动机,事实上那是一种具有换接初级线圈的直流磁阻电动机,人们试图把它作为导弹发射装置,但其发展并没有超出模型阶段。

1940年-1955年
世界一些发达国家科研人员,在实验的基础上,又进行了一些实验应用工作。1945年,美国西屋电气公司首先研制成功的电力牵引飞机弹射器,它以7400kW的直线电动机为动力,成功地用4.1s的时间将一架重4535kg,的喷气式飞机在165m的行程内由静止加速的188km/h的速度,它的试验成功,使直线电动机可靠性好等优点受到了应有的重视,随后,美国利用直线电机制成的、用作抽汲钾、钠等液态金属的电磁泵,为的是核动力中的需要。1954年,英国皇家飞机制造公司利用双边扁平型直流直线电机制成了发射导弹的装置,其速度可达1600km/h。在这个阶段中,尤需值得一提的是,直线电机作为高速列车的驱动装置得到了各国的高度重视并计划予以实施。

1965年
随着控制技术和材料性能的显著提高,应用直线电机的实用设备被逐步开发出来,例如采用直线电机的MHD泵、自动绘图仪、磁头定位驱动装置、电唱机、缝纫机、空气压缩机、输送装置等。

1971年至今
从1971年开始到目前的这个阶段,直线电机终于进入了独立的应用时代,在这个时代,各类直线电机的应用得到了迅速的推广,制成了许多具有实用价值的装置和产品,例如直线电机驱动的钢管输送机、运煤机、起重机、空压机、冲压机、拉伸机、各种电动门、电动窗、电动纺织机等等。特别可喜的是利用直线电机驱动的磁悬浮列车,其速度已超500km/h,接近了航空的飞行速度,且试验行程累计已达数十万千米。

直线电机的主要参数及特点

直线电机参数:
1.最大电压( max. voltage ) ———最大供电电压或持续供电峰值电压,主要与电机漆包线、电机绝缘材料选型及工艺有关;

2.峰值推力(Peak Force) ———电机的最大推力,在短时间内(几秒),取决于电机电磁结构的安全极限能力(与电机的漆包线材料息息相关);单位:N

3.峰值电流(Peak Current) ———最大工作电流,与最大推力想对应,低于电机的退磁电流(长时间工作在电机的峰值理论电流下会导致电机发热,对电机寿命有很大的损伤,更严重将导致电机内部磁钢退磁。);

4.连续功率(Peak power) — — —在持续温升条件和散热条件下,电机连续运行的发热损耗,反映电机的热设计水准;

5.最大连续消耗功率(Max. Continuous Power Loss) ———确定温升条件和散热条件下,电机可连续运行的上限发热损耗,反映电机的热设计水准;

7.最大速度(Maximum speed) ———在确定供电电压下的最高运行速度,取决于电机的反电势线数,反映电机电磁设计的结果;

6.马达力常数(Motor Force Constant) ———电机的推力电流比,单位N/A或KN/A, 反映电机电磁设计的结果,在某种意义上也可以反映电磁设计水平;

7.反向电动势(Back EMF) ———电机反电势(系数),单位Vs/m, 反映电机电磁设计的结果,影响电机在确定供电电压下的最高运行速度;(反映电机的设计参数)

8.马达常数(Motor Constant) ———电机推力与功耗的平方根的比值,单位N/√W,是电机电磁设计和热设计水平的综合体现;

9.磁极 节距NN(Magnet Pitch) ————电机次级永磁体的磁极间隔距离,基本不反映电机设计水平,驱动器需据此由反馈系统分辨率解算矢量控制所需的电机电角度;

10.绕组电阻/每相(Resistance per phase)———电机的相电阻,下给出的往往是线电阻,即Ph-Ph,与电机发热关系较大,在意义下可以反映电磁设计水平;

11.绕组电感/每相(Induction per phase) ———电机的相电感,下给出的往往是线电感,即Ph-Ph,与电机反电势有关系,在意义下可以反映电磁设计水平;

12.电气时间常数(Electrical time constant) ———电机电感与电阻的比值,L/R;

13.热阻抗(Thermal Resistance) ———与电机的散热能力有关,反映电机的散热设计水平;

14.马达引力(Motor Attraction Force) ———平板式有铁心结构直线电机,尤其是永磁式电机,次极永磁体对初级铁心的法向吸引力,高于电机额定推力一个数量级,直接决定采用直线电机的直线运动轴的支撑导轨的承载能力和选型。

直线电机的特点:

在实用的和买得起的直线电机出现以前,所有直线运动不得不从旋转机械通过使用滚珠或滚柱丝杠或带或滑轮转换而来。对许多应用,如遇到大负载而且驱动轴是竖直面的。这些方法仍然是最好的。然而,直线电机比机械系统比有很多独特的优势,如非常高速和非常低速,高加速度,几乎零维护(无接触零件),高精度,无空回。完成直线运动只需电机无需齿轮,联轴器或滑轮,对很多应用来说很有意义的,把那些不必要的,减低性能和缩短机械寿命的零件去掉了。

1)结构简单。管型直线电机不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动,使结构大大简化,运动惯量减少,动态响应性能和定位精度大大提高;同时也提高了可靠性,节约了成本,使制造和维护更加简便。它的初次级可以直接成为机构的一部分,这种独特的结合使得这种优势进一步体现出来。

2)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。而且如果初、次级间用气垫或磁垫保存间隙,运动时无机械接触,因而运动部分也就无摩擦和噪声。这样,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。

3)初级绕组利用率高。在管型直线感应电机中,初级绕组是饼式的,没有端部绕组,因而绕组利用率高。

4)无横向边缘效应。横向效应是指由于横向开断造成的边界处磁场的削弱,而圆筒型直线电机横向无开断,所以磁场沿周向均匀分布。

5)容易克服单边磁拉力问题。径向拉力互相抵消,基本不存在单边磁拉力的问题。

6)易于调节和控制。通过调节电压或频率,或更换次级材料,可以得到不同的速度、电磁推力,适用于低速往复运行场合。

7)适应性强。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形式,满足不同情况的需要。

8)高加速度。这是直线电机驱动,相比其他丝杠、同步带和齿轮齿条驱动的一个显著优势。

9)精度方面:直线电机因传动机构简单,定位精度、重复精度,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±2μm,甚至更高。而“旋转伺服电机滚珠丝杠”最高只能达到10μm。

10)速度方面:直线电机具有相当大的优势,直线电机速度达到5m/s时,加速度达到10g;而滚珠丝杠速度为2m/s时,加速度为仅为1.5g。从速度上和加速度的对比上,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”在速度上却受到限制很难再提高较多。

11)寿命方面:直线电机因运动部件和固定部件间有安装间隙,无接触,不会因动子的高速往复运动而磨损,长时间使用对运动定位精度无变化,适合高精度的场合。滚珠丝杠则无法在高速往复运动中保证精度,因高速摩擦,会造成丝杠螺母的磨损,影响运动的精度要求。对高精度的需求场合无法满足。

结语:

直线电机是一种新型电机,近年来应用日益广泛。其主要应用于三个方面:一是应用于自动控制系统,这类应用场合比较多;其次是作为长期连续运行的驱动电机;三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。

高速磁悬浮列车磁悬浮列车是直线电机实际应用的最典型的例子,目前,美、英、日、法、德、加拿大等国都在研制直线悬浮列车,其中日本进展最快。

直线电机驱动的电梯世界上第一台使用直线电机驱动的电梯是1990年4月安装于日本东京都关岛区万世大楼,该电梯载重600kg,速度为105m/min,提升高度为22.9m。由于直线电机驱动的电梯没有曳引机组,因而建筑物顶的机房可省略。

如果建筑物的高度增至1000米左右,就必须使用无钢丝绳电梯,这种电梯采用高温超导技术的直线电机驱动,线圈装在井道中,轿厢外装有高性能永磁材料,就如磁悬浮列车一样,采用无线电波或光控技术控制。

超高速电动机在旋转超过某一极限时,采用滚动轴承的电动机就会产生烧结、损坏现象。为此近年来,国外研制了一种直线悬浮电动机(电磁轴承),采用悬浮技术使电机的动子悬浮在空中,消除了动子和定子之间的机械接触和摩擦阻力,其转速可达25000~100000r/min以上,因而在高速电动机和高速主轴部件上得到广泛的应用。

本文来源:直线电机详解

点击这里,获取更多电机控制设计信息

围观 26
23

页面

订阅 RSS - ADI