直驅(qū)技術(shù)與應(yīng)用

文:中國傳動網(wǎng)2019年第一期

導(dǎo)語:

  一般的電機(jī)在驅(qū)動負(fù)載時,需要經(jīng)過傳動裝置(如傳動皮帶等)來進(jìn)行驅(qū)動,實(shí)際上還有一種電機(jī)可以省去傳動裝置,直接驅(qū)動負(fù)載,這種電機(jī)就是采用了“直接驅(qū)動技術(shù)”的直驅(qū)電機(jī)。

  直接驅(qū)動技術(shù),簡單地講,就是將移動負(fù)載和電機(jī)動子直接耦合在一起的技術(shù)。

  普通電機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)是電機(jī)動子通過電機(jī)軸再通過一系列的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)如聯(lián)軸器、絲桿、同步帶、齒條、減速機(jī)等等連接負(fù)載,在這個過程中,從機(jī)械角度上就已經(jīng)增加了存在間隙、彈性變形、摩擦阻尼等等因素的可能性,從而造成設(shè)備剛性、響應(yīng)特性的降低與損失。

  但是,使用直接驅(qū)動技術(shù)驅(qū)動負(fù)載的電機(jī)就可以避免和減少這些損失。

直驅(qū)電機(jī)的優(yōu)勢

  直驅(qū)電機(jī),直接驅(qū)動式電機(jī)的簡稱。主要指電機(jī)在驅(qū)動負(fù)載時,不需經(jīng)過傳動裝置(如傳動皮帶等)。直驅(qū)電機(jī)適合用于各類洗衣機(jī),主要利益點(diǎn)包括靜音、節(jié)能、平穩(wěn)、動力強(qiáng)勁。

(1)直接驅(qū)動。電機(jī)與被驅(qū)動工件之間,直接采用剛性連接,無需絲桿、齒輪、減速機(jī)等中間環(huán)節(jié),最大程度上避免了傳動絲桿傳動系統(tǒng)存在的反向間隙、慣性、摩擦力以及剛性不足的問題。

(2)高速度。直線電機(jī)的正常高峰速度可達(dá)5-10m/s;傳統(tǒng)滾珠絲桿,速度一般限制于1m/s,產(chǎn)生的磨損量也較高。

(3)高加速度。由于動子和定子之間無接觸摩擦,直線電機(jī)能達(dá)到較高的加速度;較大的直線電機(jī)有能力做到加速度3-5g,更小的直線電機(jī)可以做到30-50g以上(焊線機(jī));通常DDR多應(yīng)用于高加速度,DDL應(yīng)用于高速度和高加速度。

(4)高精度。由于采用直接驅(qū)動技術(shù),大大減小了中間機(jī)械傳動系統(tǒng)帶來的誤差。采用高精度的光柵檢測進(jìn)行位置定位,提高系統(tǒng)精度,可使得重復(fù)定位精度達(dá)到1um以內(nèi),滿足超精密場合的應(yīng)用。

(5)運(yùn)動速度范圍寬。直線電機(jī)運(yùn)行的速度最低可實(shí)現(xiàn)1um/s,最高可實(shí)現(xiàn)10m/s,滿足各種場合需求。

(6)噪音小,結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)成本低,可運(yùn)行于無塵環(huán)境等等。

直驅(qū)電機(jī)的分類

  直驅(qū)電機(jī)主要分為直線電機(jī)(線性馬達(dá))、力矩電機(jī)(DD馬達(dá))、音圈電機(jī)三類。

1.直線電機(jī)

  直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動機(jī)械能,而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉(zhuǎn)電機(jī)按徑向剖開,并展成平面而成。最常用的直線電機(jī)類型是平板式、U型槽式和管式。線圈的典型組成是三相,由霍爾元件實(shí)現(xiàn)無刷換相。

  直線電機(jī)原理上可視為將傳統(tǒng)伺服電機(jī)沿徑向剖開,并將電機(jī)的圓周展開成直線。當(dāng)線圈(動子)通入電流后,在定子之間的氣隙產(chǎn)生磁場,在磁場與定子永磁體的作用下切割磁力線產(chǎn)生驅(qū)動力,從而實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動。

圖1直線電機(jī)原理圖

(1)直線電機(jī)的分類

A.無鐵芯直線電機(jī)(U型電機(jī))

  動子只有線圈,沒有磁鐵,動定子之間無吸力;無齒槽效應(yīng),容易實(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)更高精度。

圖2無鐵芯直線電機(jī)

B.有鐵芯直線電機(jī)(平板電機(jī))

動子只有線圈內(nèi)部繞有磁鐵,動定子之間有較強(qiáng)的吸力,可以產(chǎn)生較大的推力。

圖3有鐵芯直線電機(jī)

C.直線電機(jī)模組

圖4直線電機(jī)模組

力矩電機(jī)(DD馬達(dá))

  力矩電機(jī)是一種具有軟機(jī)械特性和寬調(diào)速范圍的特種電機(jī)。這種電機(jī)的軸不是以恒功率輸出動力而是以恒力矩輸出動力。力矩電機(jī)包括:直流力矩電機(jī)、交流力矩電機(jī)、和無刷直流力矩電機(jī)。

  DD馬達(dá)屬于一個成品,包含了電機(jī)的動子、定子、軸承、讀數(shù)頭等等,通俗地說,客戶購買后可直接安裝使用,類似直線模組。主要用于分度盤的應(yīng)用,類似工位的轉(zhuǎn)停。

圖5力矩電機(jī)

音圈電機(jī)

  所謂音圈直線電機(jī)(VoiceCoilMotor)因其結(jié)構(gòu)類似于喇叭的音圈而得名。具有高頻響、高精度的特點(diǎn)。

  音圈電機(jī)也是直驅(qū)電機(jī)的一種,主要應(yīng)用于Z軸輕型負(fù)載,短行程,高頻往返運(yùn)動,也適用于力控制場合。

 

圖6音圈電機(jī)

直驅(qū)電機(jī)的典型應(yīng)用

  作為一種新技術(shù),直驅(qū)電機(jī)的使用范圍還有待擴(kuò)大,目前主要使用在如下幾個設(shè)備行業(yè)上。

1.FPC補(bǔ)強(qiáng)機(jī)

2.高速貼片機(jī)

3.激光切割焊接

4.COGFOG綁定

5.高精密檢測設(shè)備

6.LED分選綁定

7.Iphone、Apple周邊相關(guān)設(shè)備

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