在日常生活中會看到一些電機直接帶動皮帶輪工作,無需使用減速機去連接工作機與電機。例如一些小型的碾米機,就直接用齒輪減速電機直接帶動皮帶輪去帶動碾米機里面的米刀工作。這些電機在驅(qū)動負載時,需要經(jīng)過傳動裝置(如傳動皮帶等)來進行驅(qū)動,實際上還有一種電機可以省去傳動裝置,直接驅(qū)動負載,這種電機就是采用了“直接驅(qū)動技術(shù)”的直驅(qū)電機。
什么是“直接驅(qū)動技術(shù)”?
簡單的講,就是將移動負載和電機動子直接耦合在一起的技術(shù)。
我們知道普通電機的傳動機構(gòu)是電機動子通過電機軸再通過一系列的機械傳動機構(gòu)如聯(lián)軸器、絲桿、同步帶、齒條、減速機等等連接負載,在這個過程中,從機械角度上就已經(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)動負載的電機就可以避免和減少這些損失。
一、直驅(qū)電機的優(yōu)勢
1. 直接驅(qū)動。 電機與被驅(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。 直線電機的正常高峰速度可達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,直線電機能達到較高的加速度;較大的直線電機有能力做到加速度3-5g,更小的直線電機可以做到30-50g以上(焊線機);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),大大減小了中間機械傳動系統(tǒng)帶來的誤差。采用高精度的光柵檢測進行位置定位,提高系統(tǒng)精度,可使得重復(fù)定位精度達到1um以內(nèi),滿足超精密場合的應(yīng)用。
5. 運動速度范圍寬。 直線電機運行的速度最低可實現(xiàn)1um/s,最高可實現(xiàn)10m/s,滿足各種場合需求。
6. 噪音小,結(jié)構(gòu)簡單,維護成本低,可運行于無塵環(huán)境等等。
二、直驅(qū)電機的分類
直驅(qū)電機主要分為直線電機(線性馬達)、力矩電機(DD馬達)、音圈電機三類。
直線電機
直線電機原理上可視為將傳統(tǒng)伺服電機沿徑向剖開,并將電機的圓周展開成直線。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,從而實現(xiàn)直線運動。
無鐵芯直線電機(U型電機)
動子只有線圈,沒有磁鐵,動定子之間無吸力;無齒槽效應(yīng),容易實現(xiàn)更平穩(wěn)的運動,實現(xiàn)更高精度。
有鐵芯直線電機(平板電機)
動子只有線圈內(nèi)部繞有磁鐵,動定子之間有較強的吸力,可以產(chǎn)生較大的推力。
直線電機模組
音圈電機
音圈電機也是直驅(qū)電機的一種,主要應(yīng)用于Z軸輕型負載,短行程,高頻往返運動,也適用于力控制場合
三、直驅(qū)電機的典型應(yīng)用
作為一種新技術(shù),直驅(qū)電機的使用范圍還有待擴大,目前主要使用在如下幾個設(shè)備行業(yè)上:FPC補強機、高速貼片機、激光切割焊接、高精密檢測設(shè)備、LED分選綁定等。
四、直線電機的選型
1. 三角模式,加速度 = 4×位移 / 運動時間2
2. 梯形模式,預(yù)設(shè)勻速度可以幫助決定加速度。
加速度 = 勻速 /(運動時間 - 位移/勻速)