直接驅(qū)動(dòng)直線交流伺服電動(dòng)機(jī)
李猷黔（天津科爾摩根工業(yè)驅(qū)動(dòng)有限公司 300141）
美國科爾摩根公司以生產(chǎn)伺服系統(tǒng)聞名于世，多年前就開發(fā)生產(chǎn)了直流直線伺服電動(dòng)機(jī)，隨著交流伺服系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，2年前該公司又開發(fā)了高精度、免維護(hù)、大推力的以交流伺服放大器驅(qū)動(dòng)的無刷直流直線伺服電動(dòng)機(jī)（也稱交流直線伺服電動(dòng)機(jī)）。
直線電動(dòng)機(jī)即按直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，可以這樣想象：將傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方式的電動(dòng)機(jī)切開，展開成平面，接通電源，加以適當(dāng)控制，使其前后往返穿梭運(yùn)動(dòng)，而不是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這便構(gòu)成了一臺(tái)直線電動(dòng)機(jī)。直線電機(jī)典型應(yīng)用是未來的武器軌道炮和高速磁懸浮列車。能精密控制位置和速度，從幾厘米至幾十米的直線電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)實(shí)中得到應(yīng)用的就是科爾摩根公司的直接驅(qū)動(dòng)直線伺服電動(dòng)機(jī)(DDL)。
1結(jié)構(gòu)型式
科爾摩根DDL系列直線電動(dòng)機(jī)是無外殼的永磁三相無刷電動(dòng)機(jī)。傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式永磁無刷電動(dòng)機(jī)主要部件是定子（原邊繞組）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)磁體）。無刷直線電動(dòng)機(jī)中將轉(zhuǎn)子展開為平面構(gòu)成磁路，將定子展開為線圈組件，大多數(shù)的無刷直線電機(jī)是將磁路作為靜止部件（靜子），而將線圈組件作為運(yùn)動(dòng)部件（動(dòng)子）。按照科爾摩根生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)型式，DDL系列也可提俠兩種類型的直線電動(dòng)機(jī)，鐵心式和無鐵心式。應(yīng)用時(shí)選擇鐵心式和無鐵心式要根據(jù)具體使用要求而定。兩種結(jié)構(gòu)型式的直線伺服電動(dòng)機(jī)見圖1、圖2，其基本電磁運(yùn)行原理和對應(yīng)的同類型旋轉(zhuǎn)式伺服電動(dòng)機(jī)相同。
鐵心式直線電動(dòng)機(jī)將線圈繞制在硅鋼片鐵心上，用單側(cè)磁路產(chǎn)生****的推力，采用專利的電磁設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)較大的推力／體積，高的電動(dòng)機(jī)常數(shù)，無須扭斜磁路實(shí)現(xiàn)很低的推力波動(dòng)，很大的推力使其用于加速和移動(dòng)大質(zhì)量極為適宜。
無鐵心式直線電動(dòng)機(jī)沒有鐵心，線圈直接繞制成組件，又稱無槽式直線電機(jī)。因此這類電機(jī)沒有推力波動(dòng)，質(zhì)量很輕，線圈組件與磁路間****沒有吸力，這些特性使其適于需要軸承摩擦很小、輕負(fù)載、高的加速度、很寬的速度范圍的場合。
無刷伺服電動(dòng)機(jī)換向。需要反饋元件。DDL系列采用數(shù)字式或線性霍爾元件提供電子換向。可以選用科爾摩根的SO或ROL系列伺服放大器，為電動(dòng)機(jī)提供6步換向和方波驅(qū)動(dòng)電流，用于特性可以接受的某些場合。需要運(yùn)動(dòng)特別平滑的應(yīng)用，可以選用科爾摩根的伺服之星伺服放大器，提供正弦波驅(qū)動(dòng)電流以獲得****的恒定推力和速度特性。也可由直線編碼器獲得必要的換向信息，反饋元件還可選用直線感應(yīng)同步器、激光干涉儀等。
按照直線伺服電動(dòng)機(jī)的要求，選用伺服放大器時(shí)應(yīng)注意兩點(diǎn)：
(1)由位置檢測元件的輸出與電動(dòng)機(jī)反電勢的相位關(guān)系正確確定三相繞組相位。
(2)按照直線伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)對伺服放大器的某些參數(shù)亦應(yīng)作相應(yīng)的轉(zhuǎn)換
（如速度、加速度、電動(dòng)機(jī)反電勢系數(shù)等）。
2 DDL系列直線電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)
無鐵心式：
峰值推力120～800N
連續(xù)推力38～245N
零推力波動(dòng)
零吸力
低于lμm/s時(shí)平滑移動(dòng)
高加速度低質(zhì)量線圈組件
鐵心式：
峰值推力300～8 000N
連續(xù)推力147～8 000N（還可制造更大推力）
無須扭斜磁路專利的減小推力波動(dòng)技術(shù)
高電動(dòng)機(jī)常數(shù)
高推力密度
兩種電動(dòng)機(jī)共有特點(diǎn)：
無接觸，免維護(hù)，無刷設(shè)計(jì)
三相正弦波換向
峰值加速度極易超過10-1m/ s2
高位置精度和分辨率（位暨精度僅受反饋元件分辨率限制，通�？蛇_(dá)到亞微米級）
很低的調(diào)整時(shí)間
低的熱損耗
模塊式磁路設(shè)計(jì)使行程無限制，標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)為64mm，128mm，256mm，512mm及1 024mm，可以加裝模塊標(biāo)準(zhǔn)選件：
霍爾元件，數(shù)字式，正弦量
熱保護(hù)
附加空氣或水冷卻
電纜選件
3使用直線電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
(1)高的剛度：直線電動(dòng)機(jī)直接與移動(dòng)負(fù)載連接，沒有間隙，電動(dòng)機(jī)能及時(shí)移動(dòng)負(fù)載，較之典型的滾珠絲杠有更高的動(dòng)態(tài)剛度。
(2)很寬的速度范圍：因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是無接觸式?jīng)]有機(jī)械傳遞的限制，很容易實(shí)現(xiàn)高速和極低速。DDL系列應(yīng)用速度可大于5m/s，或低于lμm/s。滾珠絲杠因共振和磨損達(dá)不到這樣高的速度（一般為0．5～0. 7m/s），此外直線電動(dòng)機(jī)還具有優(yōu)良的速度特性，一般速度變化率優(yōu)于±百分之0. 01。
(3)很高的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能：典型的較大的電動(dòng)機(jī)加速度3×10-2～5×10-2m/sz，較小的電動(dòng)機(jī)加速度超10-2m/sz。
(4)運(yùn)行平穩(wěn)，位置精度很高：獨(dú)特的設(shè)計(jì)使電動(dòng)機(jī)推力和速度波動(dòng)很�。o鐵心式推力波動(dòng)為零），適于超平滑運(yùn)動(dòng)，位置精度僅受反饋元件分辨率的限制，通�？蛇_(dá)亞微米級。
(5)無限制行程：模塊式結(jié)構(gòu)可以迭加滿足不同行裎的要求。
(6)與機(jī)械傳動(dòng)（如滾珠絲杠相比）沒有磨損，無須維護(hù)。
(7)集成零部件簡單：無外殼直線電動(dòng)機(jī)較之旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)機(jī)械傳遞只需很少的部件。
4直線電動(dòng)機(jī)的典型應(yīng)用
機(jī)床：鉆床，銑床，磨床，激光切割機(jī)，凸輪磨床。
半導(dǎo)體工業(yè)：晶片加工，晶片檢驗(yàn)，晶片切片，連線，離子注入，光刻。
檢測設(shè)備：坐標(biāo)測量機(jī)。
電子工業(yè)：抓放機(jī)器，插件，屏幕打印機(jī)，線路板檢測，鉆孔。
紡織行業(yè)：地毯成簇。
飛行模擬器，重力測量，彈射器。
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