在很多OEM應(yīng)用領(lǐng)域，直線電機曾一度被認(rèn)為是昂貴且少見的，而現(xiàn)在，它們變成了極具價值且廣泛應(yīng)用的設(shè)備。
除了在半導(dǎo)體和機床領(lǐng)域能夠提供納米級別的精度，直線電機現(xiàn)在能夠滿足從醫(yī)療設(shè)備到封裝、印刷甚至金屬加工等多個領(lǐng)域的設(shè)計工程師的要求。
由于需求不斷增長，這類電機的成本也在緩慢下降。“在過去兩年中，價格以每年10％～15％的速度逐步下降，”Incremotion Associates的顧問Dan Jones說，“能夠從中國獲得相對便宜的稀土磁鐵（直線電機的關(guān)鍵組件）是使這種電機的價格變得更加易于承受的重要因素。”
直線電機產(chǎn)品及其應(yīng)用有什么新的特點呢？Design News就這一問題咨詢了主要供應(yīng)商。對于是何種力量帶來了對這類電機日益增長的興趣，請看他們的評價。
Anorad: 消除了瓶頸
作為直線電機的先驅(qū)者之一，Anorad公司關(guān)注電機在主流工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的增長，例如，封裝工業(yè)、食品加工工業(yè)以及成形/填充機械工業(yè)。該公司最近發(fā)布了它的經(jīng)濟(jì)型鐵核心直線電機的LC系列，它們是專門針對上述領(lǐng)域而設(shè)計的。該系列（在寬度上）具有六種尺寸結(jié)構(gòu)，而每一種尺寸結(jié)構(gòu)則可以選擇六種不同的長度，這種新型電機能夠提供從44lbs到2100lbs的瞬時力。
最近，Anorad公司所供應(yīng)的LC-50電機，以200和400的結(jié)構(gòu)長度為一款曾使用氣缸的封裝機器提供兩個軸向上的運動。由于是改進(jìn)設(shè)計，集成工程師開發(fā)了一種自定制的裝配件以實現(xiàn)螺栓定位。這種系統(tǒng)采用了一種現(xiàn)成的磁性線性編碼器，用于實現(xiàn)對霍爾電機換向的位置反饋。所有的軸向運動，包括若干旋轉(zhuǎn)伺服運動，均由Rockwell Automation 公司的ControLogix平臺控制，該平臺采用了SERCOS界面和Ultra 3000伺服驅(qū)動。
Anorad公司的 LC系列直線電機致力于主流工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，
如封裝設(shè)備。
應(yīng)用工程師Claude Chirgnan說，集成的設(shè)計被用戶稱為是一個“巨大的成功”，而這部分設(shè)計僅在五天內(nèi)就完成了。而且，由于直線電機能夠提供更高的加速度、速度以及更高的精度，并同時減少了由于紙張堵塞和其他問題帶來的停工時間，設(shè)備的生產(chǎn)率得到了提高。
Aerotech：精密加工的簡明方案
據(jù)Aerotech公司介紹，最近幾年，直線電機在定位領(lǐng)域的應(yīng)用有著顯著的增長，這是由于，對比于傳統(tǒng)的滾珠絲杠驅(qū)動，它能提供更快的速度，更高的精度，以及更好的重復(fù)性。
該公司的BLMC系統(tǒng)提供一種無刷無鐵芯直線電機，它以一種小體積封裝提供更大的力常數(shù)。無鐵芯設(shè)計的優(yōu)點在于，驅(qū)動線圈（forcer coil）并不包含鋼片（鋼片在驅(qū)動部分（forcer）穿越磁道時會產(chǎn)生頓振現(xiàn)象）。此外，無刷的特點也消除了與機械換向器相伴隨的轉(zhuǎn)矩波動現(xiàn)象。這兩個特點使BLMC適用于需要平穩(wěn)速度和高精度定位控制的應(yīng)用場合，Aerotech的工程師們說。
體現(xiàn)BLMC電機優(yōu)點的一項應(yīng)用是平板顯示器的制造過程。這種工藝以一種鼓式寫印技術(shù)為特點，它通過一臺像高科技機床一樣的機械系統(tǒng)，直接印制圖案于柱面上。印鼓水平定位于一個專用旋轉(zhuǎn)軸上，該軸與一個對應(yīng)的線性軸毗連。通過以恒速（對印鼓的相對速度低于100微米/秒）移動一個激光源，這種寫印方法能夠產(chǎn)生具有微米級別特征的表面。由于工件的尺寸和表面圖形的量都相對較大，加工一個工件的總時間要超過48hrs。Aerotech的工程師們介紹，直線電機對于在如此長的時間和如此低的速度下保持很高的動態(tài)精度是十分必要的。
Parker-Trilogy:低成本鐵芯方案
在2004年12月收購了位于Texas的Trilogy Systems 公司后，工業(yè)巨人Parker-Hannifin公司在直線電機市場贏得一席之地。Parker-Trilogy公司的鐵芯電機采用了已經(jīng)申請專利的防頓振技術(shù)。
過去，鐵芯電機中有斜槽磁鐵或換向器，以削弱頓振現(xiàn)象。然而，那種方法也降低了電機的效率。通過引入分立的機械特性于電機中，以產(chǎn)生相等而反相的頓振推力，該公司的新技術(shù)采用相消干擾的方法來消除由于換向器部件產(chǎn)生的頓振現(xiàn)象。這一創(chuàng)新使鐵芯電機能夠適用于以往要求使用更加昂貴的無鐵設(shè)計方案的場合，產(chǎn)品經(jīng)理Jack Marsh解釋說。
Parker-Trilogy的R7-2A鐵芯直線電機是已經(jīng)申請專利的防頓振技術(shù)系列的一部分
在最近的應(yīng)用方案中，一家大型半導(dǎo)體設(shè)備制造商需要一個線性平臺來定位一個重量超過600lbs的機器人。這一方案要求能夠在1秒中將機器人移動2m并安放下來。Parker Automation 公司提供了一款由R16鐵芯電機驅(qū)動的定位器，它采用LME5磁性編碼器。工程師們也選擇一款Compax3 drive/indexer來定位機器人，并通過I/O與系統(tǒng)控制器通訊。結(jié)果：一種節(jié)約成本且具有低維護(hù)要求的方案被應(yīng)用于臨時設(shè)備中。
Parker公司提供評估計算軟件，它基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)，預(yù)估溫度為直線電機帶來的變化，并阻止由于過大的電機負(fù)載帶來的失效。
Baldor:連續(xù)負(fù)荷設(shè)備
Baldor公司正在宣傳一種新型直線電機設(shè)計，據(jù)說，這種電機結(jié)合了傳統(tǒng)無刷線性伺服電機的性能優(yōu)點和開環(huán)線性步進(jìn)電機的成本優(yōu)勢。這種新電機被稱作“HyCore”，它能夠提供閉環(huán)控制的許多優(yōu)點，包括零間隙、高效率、無限行程、高速度和高加速度。HyCore的forcer組件包括一款閉環(huán)控制的三相伺服電機繞組，其反饋信號來源于外部編碼器。固定滾筒中沒有磁鐵，所以它可以根據(jù)應(yīng)用場合的不同來調(diào)節(jié)長度。
應(yīng)用工程師John Mazurkiewicz 說，在一些需要長行程或承受高強度連續(xù)負(fù)荷的場合，Hycore具有很好的成本效益——它常用于替代滾珠絲杠機構(gòu)和帶輪執(zhí)行機構(gòu)。一個這樣的例子是在物料輸送領(lǐng)域中，線性交流電機驅(qū)動裝有產(chǎn)品的貨車沿著軌道行駛。交流感應(yīng)盤定位于貨車的底部，而主線圈組沿著導(dǎo)軌安裝。當(dāng)在線圈繞組上加上交流電壓時，就產(chǎn)生了一個行波磁場。它在反作用盤中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這一電流又引起了交流感應(yīng)盤自己的磁場。這兩個磁場的相互作用這兩個磁場的相互作用產(chǎn)生了驅(qū)動力驅(qū)動貨車直線運動。
來自Baldor公司的HyCore直線電機具有閉環(huán)控制的零間隙、
高效率、無限行程、高速度和高加速度優(yōu)點。
Baldor公司的工程師們相信，很多現(xiàn)在使用流體動力的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)D(zhuǎn)而采用直線電機，這樣可以節(jié)約能源。但是，直線電機的性能應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步發(fā)展以超越它現(xiàn)在在連續(xù)性和峰值力方面所能達(dá)到的極限值。
Danaher Motion：速度和精度
Danaher Motion公司的Platinum DDL（direct drive linear直接線性驅(qū)動）生產(chǎn)線生產(chǎn)無鐵芯和鐵芯的直線電機。其系統(tǒng)工程師Lee Stephens說。在對速度有很高要求的領(lǐng)域，沒有幾種能與直線電機匹敵的對手。一個例子是，某種加工要求以6m/s的速度在250 msec內(nèi)完成對熔融金屬的截斷。過去，采用一對液壓缸和對置刀片以及與往復(fù)運動軸相連的凸輪系統(tǒng)來解決這一問題。
在用直線電機設(shè)計取代上述機構(gòu)后，用戶不必再安裝和維護(hù)液壓缸和凸輪了。而直線電機也使系統(tǒng)具有更強的魯棒性（適應(yīng)性）。由于在加工過程中，熔融金屬的流動并不是恒速的，操作員需要調(diào)整流速以確保在截斷前有足夠的金屬流入孔中。當(dāng)采用往復(fù)運動軸設(shè)計時，當(dāng)流速改變或被調(diào)整時，會產(chǎn)生廢料。而當(dāng)采用直線電機時，可以推遲截斷動作直到有足夠的金屬流入孔中，這樣在不需流動控制的條件下實現(xiàn)了長度的一致性。
Danaher Motion公司的Platinum DDL（direct drive linear直接線性驅(qū)動）
生產(chǎn)線生產(chǎn)無鐵芯和鐵芯直線電機。
Stephens也列舉了一個精度測量應(yīng)用的例子，它要求沿著10ft軸的兩個軸承之間保持很高的平行度。采用一款無鐵芯直線電機，這種系統(tǒng)能使軸承以所能達(dá)到的最高精度被放置，Stephens解釋說。由于直線電機方法的可重復(fù)性，它也允許根據(jù)速度和磨損情況進(jìn)行匹配，而這在采用滾珠絲杠時是做不到的。
這些來自Danaher和其他主要供應(yīng)商的例子證明了直線電機在運動控制方面的潛力。隨著OEM工程師越來越熟練的將這類電機應(yīng)用于他們的設(shè)計中，隨著價格的進(jìn)一步降低，這樣的應(yīng)用將會倍增。
原載DESIGN NEWS China（設(shè)計創(chuàng)新）雜志 http://www.designnews.com.cn
