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直線電機(jī)應(yīng)用知識：磁柵與光柵的特點(diǎn)及不同應(yīng)用的要求

文章來源：東莞希思克傳動科技有限公司    發(fā)布日期：2023-6-26    瀏覽：414次

直驅(qū)是指直接驅(qū)動，是新型的電機(jī)直接和運(yùn)動執(zhí)行部分結(jié)合，即電機(jī)直接驅(qū)動機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，沒有中間的機(jī)械環(huán)節(jié)，相對常規(guī)驅(qū)動技術(shù)他使控制環(huán)節(jié)可獲得極高增益，其反饋亦是檢測最終的位置避免了傳動環(huán)節(jié)的耦合誤差和擾動，具有靜態(tài)精度高動態(tài)性能好的優(yōu)勢。直接驅(qū)動技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是摩擦小、維護(hù)工作量小和生產(chǎn)效率高。

典型的直接驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用包括，以直線電機(jī)為核心驅(qū)動元件的直接運(yùn)動部件和以力矩電機(jī)為核心驅(qū)動元件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動元件（引自百度詞條）。直驅(qū)的核心包括驅(qū)動部分和位置反饋（感知）部分，驅(qū)動部分/執(zhí)行部分包括動子、定子、線圈等，位置反饋感知部分包括磁柵、光柵、容柵等，結(jié)構(gòu)可以是線性測量的，也可以是角度測量的。

一個完整的直驅(qū)部件，包括執(zhí)行部分（線圈、磁鋼、壓電瓷片等）、位置反饋部分和驅(qū)動部分（驅(qū)動器），首先需要了解伺服驅(qū)動器如何使用位置反饋數(shù)據(jù)。

在伺服驅(qū)動器里（直線電機(jī)或普通伺服電機(jī)），光柵尺數(shù)據(jù)分別去往電流環(huán)，速度環(huán)、3部分，在電流環(huán)里編碼器數(shù)據(jù)被用來確認(rèn)動子和定子的相對位置確認(rèn)磁場施加的正確位置，通常電流環(huán)的pwm發(fā)生器是10位分辨率即可，通常的只想電機(jī)磁截距20毫米以上，因此電流環(huán)只要滿足在20毫米的范圍內(nèi)能夠有10位的有效分辨率就好了，折合電流環(huán)需要的分辨率約20000/1000=20微米，保守下10微米就夠了。在速度環(huán)中，編碼器數(shù)據(jù)用來確認(rèn)當(dāng)前動定子的相對速度，通常電流環(huán)頻率是每秒10k次或更低，速度環(huán)是電流環(huán)的四分之一（2.5k）或一半（5k），在每次速度閉環(huán)中必需保證能夠有效的得到足夠多的數(shù)據(jù)（至少能夠得到1個數(shù)據(jù)）才能保證速度環(huán)的PI輸出是穩(wěn)定的，如果用1微米的分辨率，那么最低速度是2.5mm/s，低于這個速度將導(dǎo)致運(yùn)行的不平順（電流環(huán)比例積分波動巨大），這是極限情況，通常速度環(huán)周期需要更多的脈沖來滿足速度的平順度，通常需要直線電機(jī)位置環(huán)的定位精度是微米級，因此位置環(huán)一般微米級就夠了，通常位置環(huán)的需要的分辨率是需要的重復(fù)定位精度的2-5倍，如果重復(fù)是2微米，那么位置環(huán)的光柵尺分辨率要1微米或0.5微米。對于只需要最終定位的應(yīng)用場合，不考慮中間的運(yùn)行平穩(wěn)的場合（機(jī)床加工、3D打印、線切割），就需要很高的分辨率，保證刀具的壽命，加工的表面效果。

磁柵魯棒性好抗污染能力強(qiáng)行程大但是精度、分辨率和細(xì)分誤差要比光柵要差，光柵的抗污染弱項(xiàng)。

對精度要求較高而且控制的中間狀態(tài)也很平穩(wěn)的場合，例如：半導(dǎo)體行業(yè)的生產(chǎn)和測量設(shè)備、PCB電路板組裝機(jī)、高精度機(jī)床、3D打印、線切割以及測量機(jī)等應(yīng)用只有光柵和個別高性能磁柵可以勝任。

對于超精密的應(yīng)用，如精密半導(dǎo)體加工只有衍射光柵可以勝任。

對抗污染要求高的場合，如機(jī)器人抓取、送料等可選用磁柵和低成本光柵。

對抗沖擊要求高的場合，優(yōu)先考慮磁柵和鋼帶柵尺的開放式光柵尺。

對不允許使用鐵磁材料的場合，如用于檢測微電子電路的電子束顯微鏡應(yīng)用上只能選擇光柵。

對成本要求高的場合，優(yōu)先考慮使用磁柵。

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