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市场上哪个直线电机品牌性价比高?

发布时间:2024-02-11 19:33:49   来源:博亿堂娱乐官方网站

  市场上直线电机品牌众多,基本国外产品比重占大头,新加坡的雅克贝斯,PBA直线电机等在国内都占有较大的市场份额。

  PBA(碧绿威自动化)目前在深圳、上海、江苏成立了分公司,主要营业产品:直线电机、线性模组电机、多动子直线电机、音圈电机、直驱电机、直线模组、dd马达、精密型定制平台、多轴精密平台、伺服驱动、智能运动控制器。

  市场上的直线电机品牌很多,但是价格一般也比较高,传统丝杆呢,价格是下去了,但精度不够。随着自动化市场的升级,对直线电机的要求也慢慢变得高,又要不那么贵,又要精度、速度满足需求。去年年底,国内直线电机市场出现一匹黑马,也就是克洛诺斯的小蓝动力导轨,这个品牌虽然是新兴的,但是它同时具备超高的性价比和高精度、高速度等特征。比丝杆精度高20%,速度快20%,价格还便宜20%,比传统直线电机价格低一半,但是精度和速度等指标却可以和传统直线电机媲美,所以很适合现在的自动化、3c、锂电等行业应用。另外,小蓝动力导轨结构格外的简单,属于是一种新型的直线电机,配减少,维护简单,让工程师省心省力,少麻烦。小蓝动力导轨采用的是比传统直线电机少的多的配件,加上克洛诺斯公司的严格生产管理体系,以及超强的售后服务保障,可以说,小蓝动力导轨目前已经轰动了市场。

  随着工控领域对工作速度和精度的不断追求,直线驱动技术也在迭代升级。除了大范围的应用的永磁同步电机和直线电机,近年来又出现了无磁轨直线电机。无磁轨直线年来,受到了业界的普遍关注。本文首先介绍下直线驱动技术的发展历史,其次介绍下无磁轨直线电机的发展现状。然后根据研究数据和实际应用案列,对比下无磁轨直线电机同传统伺服驱动以及常规直线. 直线伺服驱动发展历程

  从上世纪70年代开始,由于稀土永磁材料、矢量控制技术和电力电子技术的发展,工控领域出现了永磁同步电机。这种电机采用变频矢量控制,相比于以往大范围的应用的直流电机,去掉了电刷滑环,极大的提升了可靠性。相比于异步电机,功率密度和动态响应得到非常明显提高,因此在工控领域迅速流行起来。此后从八九十年代开始,国外的西门子,ABB,三菱,安川,松下等,相继在我国推出功率从几十瓦至几十千瓦的伺服电机,占据了绝大部分市场。2000年以后,国内的伺服电机开始崛起,涌现了一大批伺服电机厂家,因为核心技术的突破以及良好的技术服务和优异的性价比,逐步扩大在国内市场的占比。大约从2010年以后,国内的消费电子(3C)与半导体领域开始快速地发展,对工控设备的工作速度和运行精度提出了更高的要求。此时由于直线滚动导轨技术、光栅磁栅以及电机封装技术的进步。采取直接位置反馈系统的直驱电机开始流行,最早是新加坡的雅科贝思率先起量。从结构上来看,直线电机是将原来的永磁同步电机沿着圆周展开,带线圈的铁芯作为运动部件,称为动子,贴磁铁的钢板作为固定部件,称为定子。定子上用于提供励磁磁场的永磁体阵列,主流厂家(如雅科贝思等)将其称为磁轨。直线电机直接利用电磁推力产生直线运动,与永磁同步电机通过转换机构将旋转运动转换为直线运动有较大的区别。常见的转换机构有同步带,齿轮齿条和滚珠丝杠等,如下图所示。

  同步带传动 齿轮齿条传动 滚珠丝杠传动直线电机采用光栅或者磁栅尺,读数头装在动子上。因此位置反馈没有中间环节,更为直接可靠。可获得极高的运动精度。而传统伺服传动(同步带,齿轮齿条,滚珠丝杠)是精确控制电机的旋转角度,然后通过联轴器以及转换机构将该角度转换为直线位移,转换机构不可避免的会损失精度。另外,直线电机采用直驱的方式,无减速比,能够得到更高的加速度和速度。直线电机利用直驱的结构,无疑能够得到更好的性能。但此结构也有其弊端。一是磁铁用量大,需要在整个行程上都铺设磁铁。这点与旋转电机不同,旋转电机的磁铁用量是固定的,不论其转换机构将旋转运动转换为多长行程的直线运动,磁铁用量不会增加。二是磁铁利用率低,旋转电机的每一块磁铁,时刻都在提供磁场,产生转矩。而直线电机的磁铁,只有与动子重合的部分,才会提供有效磁场,产生推力。而不与动子重合的部分,虽然在提供磁场,但是该磁场有害而无利,不仅不能贡献推力,反而会吸引导磁物质。在装配现场,操作人员都要反复被警告磁轨是及其危险的存在。

  常规直线电机定子为客服直线电机的不足,赛得尔推出了无磁轨直线电机。顾名思义,无磁轨直线电机定子上没有磁轨。很多客户以及同行对此颇为不解,定子上没有磁铁提供磁场,这种电机是怎么工作的,是异步电机吗?其实这种电机也是一种永磁的同步电机,其外特性和旋转永磁同步电机以及直线电机并没有区别,其反电势波形都是对称的三相正弦,驱动方式都是变频矢量控制。无磁轨直线电机将磁铁放在了动子里面,动子移动时,相应的磁铁也伴随移动。即动子将有励磁作用的磁铁带着一起运动,磁铁运动到哪个部位,哪个部分产生电磁力。从而与旋转永磁同步电机一样,磁铁利用率达到100%,没有多余的磁铁在外。这种结构的设计,一举克服了常规直线电机的两个不足,即磁铁用量大和利用率低。从而大幅度的降低了直线电机的成本,且提高了安全性。无磁轨直线电机的定子如下图所示:

  无磁轨直线电机定子无磁轨直线电机的面市,得益于近年来磁场调制理论的发展和粉末导磁材料的进步。磁场调制理论指出,要使线圈中获得正弦磁通(此是永磁同步电机的必要条件),磁铁和线圈不一定要产生相对运动。在磁铁和线圈外使用调制器,亦能轻松实现同等效果。因此无磁轨直线电机在定子上不使用磁铁,而是使用近年来发展起来的粉末导磁材料。该材料磁导率高,饱和磁通高,且易于冶金压铸制造。下图为我司开发的无磁轨直线电机实物图。

  在定位精度反面,因为精度跟编码器的分辨率和导轨精度强相关,不可一概而论,赛得尔目前采用光栅尺可做到重复精度1.6um,采用磁栅可做到重复精度2um。下图中为无磁轨直线电机的精度检测结果,采用雷尼绍的激光干涉仪进行测量。

  动态响应也是考量电机性能的重要指标,以我司MTF-S1-90-A电机,带5kg负载为例,给出动态响应测量数据。

  其数据显示,在1ms内,电机控制精度可以收敛到2um。2. 无磁轨直线电机与伺服传动对比本节从精度、速度、行程、电能转换效率、寿命、成本以及安全性方面探讨一下常规伺服传功、直线电机和无磁轨直线电机的优劣。需要指出的是,由于工控类产品制造厂家繁多,性能稂莠不齐,而且各集成商也会根据项目需要采取了特殊设计,比如采用高精度双闭环丝杠,采用塑钢轮支撑直线电机。导致很难对各个传动方式来进行统一对比。本文只考虑常规的工控领域的典型应用,暂且不论特殊场景。2.1精度对比

  精度如上表所述,直线电机和无磁轨直线电机最高,滚珠丝杠其次,然后是齿轮齿条和同步带。同步带一般由钢丝绳或者玻璃纤维为内层,外敷聚酯氨或者橡胶做成的环形带。由于其刚性差,一般认为精度低于10丝,且行程越长,刚性越差,精度越低。齿轮齿条采用齿轮啮合进行传动,精度取决于齿轮齿条的加工精度,且存在磨损,运行起来噪音较大,一般认为精度1-10丝。滚珠丝采用滚动摩擦,其刚性好,精度范围较宽。精密的研磨丝杠能做到微米级(价格不菲),冷轧丝杠精度稍差,一般一丝到十丝不等。直线电机因为其直接反馈位置,精度一般以微米级起步,配合高精度的光栅尺,能做到亚微米级别。无磁轨直线电机在精度上无直线电机并无区别,主要根据编码器,驱动器和导轨安装精度。2.2速度对比

  从速度上来考量,直线电机,无磁轨直线电机,同步带和齿轮齿条都能够达到较高的速度,滚珠丝杠速度较低。同步带和齿轮齿条,和直线电机一样,原理上可以无减速比,速度只取决于伺服电机和导轨支撑系统。以目前常见的额定3000rpm伺服电机和滚动导轨而言,其速度能达到2m/s到5m/s。而滚珠丝杠的导程小于直径,因此带有减速比,一般做到1.5m/s以上已经接近极限。直线电机的速度理论上能够达到几十米每秒,但受制于导轨支撑系统,一般常用的以2m/s到5m/s居多。

  行程方面,同步轮受其刚度的影响,一般8米到10米已经接近极限,滚珠丝杠由于其细长比的约束,一般4米已到极限。而直线电机和齿轮齿条,长度上理论上无限制。直线电机的定子可以拼接,齿轮齿条的齿条亦可以拼接,行程方面可以灵活设置。

  抛开驱动器效率和导轨系统摩擦力不谈,各种传动机构的效率基本取决于电机本身效率和传动机构。直线电机由于其没有传动机构,因此只取决于电机效率,一般能够达到80%到90%。无磁轨直线电机因其特殊的设计,线圈电阻小,铜损小,因此效率略高于常规直线%。同步带和齿轮齿条传动因其存在接触摩擦,综合效率大概是70%-80%。滚珠丝杠传动效率更低一些,有可能可以做到60%-70%。

  同步带和尺寸齿轮齿条需要靠齿轮啮合,因此磨损较为严重,因此寿命比较低。滚珠丝杠靠滚动摩擦,寿命略高。但是其导程越大,工作速度越高,寿命越短。直线电机动子和定子之间无接触,因此理论上寿命比较高,远大于导轨的寿命。但是常规直线电机也有失效形式,各个厂商基本都是用胶水将磁铁贴在钢板上,运行过程中受热或受腐蚀后,胶水会失效,导致磁铁脱落,电机出现撞机。为避免这种严重事故的发生,有的厂家会在磁铁上盖上防护罩以改善。无磁轨直线电机定子上无磁铁,且定子采用压铸和加工的方式生产,异常坚固,无胶水失效风险。2.6成本对比

  各个传动方式的成本不可一概而论,受品牌和精度的影响较大。尤其是高精度丝杠,有的成本甚至远超直线电机。这里且讨论常规的工控领域内常用的。同步带和齿轮齿条价格最低,因此同步带在很多小功率场,低精度场合仍大量使用。齿轮齿条在激光切割,长行程移栽等场合占有率较高。滚珠丝杠成本范围较宽泛,且讨论最常用的,精度达到0.01mm级别的产品,其价格约为直线电机的一半。直线电机因其大量使用永磁体,固成本居高不下。无磁轨直线电机,因其定子上无永磁体,永磁体用了大大减小,因其成本比常规直线电机降低了很多,介于丝杠和常规直线电机之间。

  无磁轨直线电机因其定子上没有磁铁,其安全性能相比于常规直线电机,亦得到非常明显提升。下表中标注了其在使用的过程中的风险对比。