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无铁芯直线电机

直线电机通常分为 “有铁芯”(Ironcore)和“无铁芯”(Ironless)两种。今天带给大家的是 无铁芯直线电机

直驱转台

无铁芯直线电机的结构示意图

无铁芯直线电机主要由几部分组成:

  1. 定子磁轨总成 MAGNET CHANNEL ASSEMBLY

  2. 固定磁铁块 FIXED MAGNETS

  3. 线圈总成 COIL ASSEBMLY

  4. 霍尔元件 HALL EFFECTS


接下来我们各个部分近距离详解下:

定子

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由于定子截面是U型的,所以无铁芯直线电机也被称为U型轨道直线电机。可以看到:

  • U型截面的外围长条银色部分是固定定子磁铁用的轨道槽体总成

  • 黑色一块块的固定在U型槽导轨内侧的是均匀排布的定子磁铁

通常,作为标准产品,定子磁轨总成是有不同长度的标准模块可以选择的,使用时,需要根据实际应用的行程长度进行组合拼接。

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定子侧面

根据实际应用情况,定子轨道是可以按照不同方向安装的。

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底部安装面

可以看到底部安装面密集的安装螺孔。无论安装方向如何,都必须通过底部安装孔进行定子的安装和固定。

而且,仔细看还可以看到安装孔是带有螺纹的,为什么需要用螺纹固定,而不是用螺丝螺母的方式呢。看下面这张图就明白了。

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磁铁块平铺在U型槽轨道内侧两个立面上

可以比较清楚的看到在两侧磁铁中间留出的磁场空隙,动子总成的线圈部分需要在直线运动的整个行程中都“嵌入”在这个磁场内,与定子磁铁相互感应产生运动力。

由于磁轨内侧是有比较强的磁力的,因此,要将螺丝刀和螺丝螺母穿过磁场进行安装操作的难度还是很大的。这就可以解释安装孔需要螺纹的原因了。

动子

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由两个部分组成:线圈部分(黑色)和负载固定安装面板总成(银色)

动子是直线运动应用中的出力元件,购买时是有不同“力”值可以选择的,在使用时,需要根据实际应用需要,选择购买合适输出力的产品。

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线圈部分截面呈“工”字型

主体将嵌入定子的U型槽,上面与负载安装面板总成固定在一起。

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动子总成的负载安装面

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动子线圈部分底面

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电缆出线处

动子总成的末端是直线电机电源进线和反馈出线。

在动子末端的线圈和受力面的结合部,可以看到一个细长的凹槽,是直线电机反馈元件(霍尔元件)安装的位置。此反馈信号用于驱动控制系统获得电机的位置、速度和磁场的反馈信号,运行初始化的时候需要用到这个信号;在实际应用中,可以使用外设的直线反馈(如光栅尺等)与之配合进行运动位置控制。

组装

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无铁芯直线电机截面示意图

从上图可以看到动子线圈嵌入动子U型槽的样子。与铁芯直线电机相比,无铁芯直线电机的主要零件是由完全浇铸的三相铜线圈构成的。U 型次级零件含有永久磁铁并包围在主要零件上。通过该结构,在主要零件和次级零件之间既不会产生引力,也不会产生锁定力,因此力常数为直线。

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将动子嵌入定子U型槽内的样式

⚠️这里仅仅是演示动子和定子拼装结合在一起的样子,在实际真实应用中,如下部分并未在这里演示:

  1. 通常需要多个定子轨道拼接在一起;

  2. 动子安装面上通常是有负载连接的;

  3. 与定子磁轨平行,需要安装直线导轨用于承担负载重量;

  4. 额外可能要使用的直线测量反馈装置。

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借这张图脑补下直线电机运行的样子

在未通电情况下,来回移动动子,并未感觉到有锁定力,这是很明显的无铁芯直线电机的特点。

虽然上面线圈部分称为动子、下面磁铁部分称为定子,但在实际应用中,也可以根据情况将动子固定,而将负载固定在定子上移动。

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动子线圈嵌入U型槽的截面示意

在电机运行过程中,需要保证线圈总成和U型槽内侧之间无接触,且之间的间隙需要严格遵照手册要求的数值范围,而这就对直线导轨安装的直线度和平行度有了极高的要求。之前提到的安装孔螺纹,也是为了确保较高的安装精度

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电机出线

中间三根黑色的是电机动力,在线上有标相序(芯号),和旋转同步电机一样,相序不可随意调换。

左侧粉色和灰色一对,是电机热敏温控反馈。

最右侧一组线,则是电机反馈信号。

与旋转伺服电机的预制插头插座的方式不同,目前的直线电机出线通常采用这种散线(flying leads)的出线方式。使用时,通常需要考虑在动子和驱动器之间加装转接插头,如果动子是移动的,那么在插头和驱动器之间需要使用柔性可弯折电缆。

最后说说无铁芯直线电机的应用特点:

由于无铁芯,无铁芯直线电机的输出力较铁芯直线电机小很多。一般的无铁芯直线电机的输出可以做到两三千牛顿,而铁芯直线电机则可以做到上万牛顿。

同样是因为无铁芯,重量轻,体积小,且无锁定力,无铁芯直线电机的运行速度比铁芯直线电机高。

还是因为无铁芯,结构紧凑,安装时不会产生锁定力,从技术实施的角度看,比起铁芯直线电机更容易入手。

另外,U型槽的磁铁布局使得电机对外部的磁场辐射量较小,因此在一些对磁场较敏感的产品制造环境比较适合使用无铁芯直线电机。

无铁芯直线电机的典型应用是以能达到最大循环速度和极高精度情况下的小型工件运动控制。其主要涉及到半导体加工中以及通用自动化加工中的堆垛设备。电机的高同步性同时适合应用在测量机和试验机上。

点击次数:  更新时间:2016-01-18