直接驱动直线交流伺服电动机
李猷黔（天津科尔摩根工业驱动有限公司 300141）
美国科尔摩根公司以生产伺服系统闻名于世，多年前就开发生产了直流直线伺服电动机，随着交流伺服系统技术的发展，2年前该公司又开发了高精度、免维护、大推力的以交流伺服放大器驱动的无刷直流直线伺服电动机（也称交流直线伺服电动机）。
直线电动机即按直线运动的电动机，可以这样想象：将传统的旋转方式的电动机切开，展开成平面，接通电源，加以适当控制，使其前后往返穿梭运动，而不是旋转运动，这便构成了一台直线电动机。直线电机典型应用是未来的武器轨道炮和高速磁悬浮列车。能精密控制位置和速度，从几厘米至几十米的直线电动机在现实中得到应用的就是科尔摩根公司的直接驱动直线伺服电动机(DDL)。
1结构型式
科尔摩根DDL系列直线电动机是无外壳的永磁三相无刷电动机。传统的旋转式永磁无刷电动机主要部件是定子（原边绕组）和转子（旋转磁体）。无刷直线电动机中将转子展开为平面构成磁路，将定子展开为线圈组件，大多数的无刷直线电机是将磁路作为静止部件（静子），而将线圈组件作为运动部件（动子）。按照科尔摩根生产的旋转交流伺服电动机的结型式，DDL系列也可提侠两种类型的直线电动机，铁心式和无铁心式。应用时选择铁心式和无铁心式要根据具体使用要求而定。两种结构型式的直线伺服电动机见图1、图2，其基本电磁运行原理和对应的同类型旋转式伺服电动机相同。
铁心式直线电动机将线圈绕制在硅钢片铁心上，用单侧磁路产生****的推力，采用专利的电磁设计，实现较大的推力／体积，高的电动机常数，无须扭斜磁路实现很低的推力波动，很大的推力使其用于加速和移动大质量极为适宜。
无铁心式直线电动机没有铁心，线圈直接绕制成组件，又称无槽式直线电机。因此这类电机没有推力波动，质量很轻，线圈组件与磁路间****没有吸力，这些特性使其适于需要轴承摩擦很小、轻负载、高的加速度、很宽的速度范围的场合。
无刷伺服电动机换向。需要反馈元件。DDL系列采用数字式或线性霍尔元件提供电子换向。可以选用科尔摩根的SO或ROL系列伺服放大器，为电动机提供6步换向和方波驱动电流，用于特性可以接受的某些场合。需要运动特别平滑的应用，可以选用科尔摩根的伺服之星伺服放大器，提供正弦波驱动电流以获得****的恒定推力和速度特性。也可由直线编码器获得必要的换向信息，反馈元件还可选用直线感应同步器、激光干涉仪等。
按照直线伺服电动机的要求，选用伺服放大器时应注意两点：
(1)由位置检测元件的输出与电动机反电势的相位关系正确确定三相绕组相位。
(2)按照直线伺服电动机的运动特点对伺服放大器的某些参数亦应作相应的转换
（如速度、加速度、电动机反电势系数等）。
2 DDL系列直线电动机的主要特点
无铁心式：
峰值推力120～800N
连续推力38～245N
零推力波动
零吸力
低于lμm/s时平滑移动
高加速度低质量线圈组件
铁心式：
峰值推力300～8 000N
连续推力147～8 000N（还可制造更大推力）
无须扭斜磁路专利的减小推力波动技术
高电动机常数
高推力密度
两种电动机共有特点：
无接触，免维护，无刷设计
三相正弦波换向
峰值加速度极易超过10-1m/ s2
高位置精度和分辨率（位暨精度仅受反馈元件分辨率限制，通常可达到亚微米级）
很低的调整时间
低的热损耗
模块式磁路设计使行程无限制，标准模块设计为64mm，128mm，256mm，512mm及1 024mm，可以加装模块标准选件：
霍尔元件，数字式，正弦量
热保护
附加空气或水冷却
电缆选件
3使用直线电动机的优点
(1)高的刚度：直线电动机直接与移动负载连接，没有间隙，电动机能及时移动负载，较之典型的滚珠丝杠有更高的动态刚度。
(2)很宽的速度范围：因为电动机是无接触式没有机械传递的限制，很容易实现高速和极低速。DDL系列应用速度可大于5m/s，或低于lμm/s。滚珠丝杠因共振和磨损达不到这样高的速度（一般为0．5～0. 7m/s），此外直线电动机还具有优良的速度特性，一般速度变化率优于±百分之0. 01。
(3)很高的系统动态性能：典型的较大的电动机加速度3×10-2～5×10-2m/sz，较小的电动机加速度超10-2m/sz。
(4)运行平稳，位置精度很高：独特的设计使电动机推力和速度波动很小（无铁心式推力波动为零），适于超平滑运动，位置精度仅受反馈元件分辨率的限制，通常可达亚微米级。
(5)无限制行程：模块式结构可以迭加满足不同行裎的要求。
(6)与机械传动（如滚珠丝杠相比）没有磨损，无须维护。
(7)集成零部件简单：无外壳直线电动机较之旋转电动机机械传递只需很少的部件。
4直线电动机的典型应用
机床：钻床，铣床，磨床，激光切割机，凸轮磨床。
半导体工业：晶片加工，晶片检验，晶片切片，连线，离子注入，光刻。
检测设备：坐标测量机。
电子工业：抓放机器，插件，屏幕打印机，线路板检测，钻孔。
纺织行业：地毯成簇。
飞行模拟器，重力测量，弹射器。
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