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                      直接驅動線性電動機市場活躍

                      來源:  作者:

                               制造商通過采用新材料技術海南彩票七星论坛图规、改進熱量管理、降低生產成本來擴大應用并吸引更多用戶。
                        從技術上說,直接驅動線性(Direct-Drive Linear, DDL
                      )傳動系統已走上一條成功之路海南彩票七星论坛图规。DDL傳動系統不需要變速箱、滾珠絲杠、皮帶、離合器及電動機和負荷之間的其他旋轉-線性運動轉換器——與基于旋轉電動機的系統相比海南彩票七星论坛图规,能提供性能優越的速度、加速度、負荷定位精度和快速行程。
                        不過,這一切造成了高成本和高復雜性。廠商為解決這些問題進行了不懈努力,給DDL傳動系統帶來了新生。但目前的經濟萎靡不振,以及客戶不愿從對已有設計所獲得的短期滿足中走出來, 向擁有長期效益潛力的新技術轉移,給研究工作帶來了更多的困難。
                        廠商給DDL傳動產品增值的一個途徑是把電動機海南彩票七星论坛图规、軸承海南彩票七星论坛图规、反饋裝置集成為成套設備并提供相匹配的控制。
                        市場觀察直接驅動傳動系統目前在全部線性傳動應用中占較少的份額(6%~10%)——但它的市場正在增長。從Motion Tech Trends公司(MTT)的報告“2002至2007年北美直接驅動線性電動機市場”可以了解一二海南彩票七星论坛图规。MTT估計2002年北美DDL電動機市場為1.08億美元海南彩票七星论坛图规,其中近78%用于工廠自動化(包括半導體設備和機床),近20%用于儀器系統(包括醫療設備),2.6%用于其他方面。
                        MTT的總裁George Gulalo預計今后幾年DDL設備的市場增長率將達到15%~20%海南彩票七星论坛图规,2007年達到2.42億美元。據預測,各類應用所占比例和2002年幾乎相同海南彩票七星论坛图规海南彩票七星论坛图规。美國占全球DDL傳動設備市場的大約35%。
                        2002年11月海南彩票七星论坛图规,Frost & Sullivan公司的報告“歐洲線性電動機市場”提供了歐洲的數字海南彩票七星论坛图规。報告預測這個市場在不久的將來會健康持續地增長海南彩票七星论坛图规。報告預計從2001到2008年市場容量將從5700萬美元翻一番到1.25億美元海南彩票七星论坛图规,銷量將從33300臺增長近3倍到125500臺海南彩票七星论坛图规。F&S指出“一個較大的正在擴張的客戶基礎”是刺激線性電動機解決方案應用、銷量和收入增長的原因。
                        “直接驅動線性傳動技術正處在逐漸成熟階段”。 Bosch Rexroth公司電氣傳動與控制技術副總裁Scott Hibbard說, DDL技術不再限于高速加工和半導體生產等少數前沿應用?;谳^高的產量和改進的電動機設計,DDL技術相關應用已經有了的更廣泛的知識基礎和得到改善的經濟性。
                        更好的密封和熱量管理DDL技術實現的高加速度海南彩票七星论坛图规、快速點到點運動會使電動機產生更多的熱量海南彩票七星论坛图规。需要高速循環的應用會加劇這種狀況。
                        在推進DDL技術的努力中,Bosch Rexroth公司正在改進線性電動機的密封和熱量管理性能,以期望與旋轉電動機相媲美。這是一項重要的工作海南彩票七星论坛图规,可以讓開敞的線性電動機暴露在苛刻的機械加工環境中。“我們已經制定了一個密封電動機的初級側和次級側,并達到IP65防護等級的設計原則”,Scott Hibbard說?! 崃抗芾硎蔷€性電動機的一個特殊問題,因為產生的全部熱量必須通過周圍的機械部件散熱海南彩票七星论坛图规,對比旋轉電動機,其是把大部分熱量通過機殼直接消散到周圍的空氣中。“發熱量增大可能對金屬切削等加工過程有負面影響”海南彩票七星论坛图规,他補充道。常規液體冷卻有用,但仍會遺留“熱點”。Bosch Rexroth公司報告說海南彩票七星论坛图规,他們的熱封裝技術可以把流體入口和電動機整個安裝面之間的溫差限制在2℃以內海南彩票七星论坛图规。
                        高性能線性電動機的熱量管理同樣是西門子自動化與驅動集團傳動控制系統部門關注的重點海南彩票七星论坛图规。“熱損失幾乎全部發生在初級(定子)部分并通過集成的精密冷卻系統散熱”海南彩票七星论坛图规,西門子自動化與驅動集團項目經理Meredith Johnson說。雙路冷卻概念被用在西門子的兩個永磁密封式同步線性電動機主導產品1FN1和1FN3上。這個注冊商標為Thermo-Sandwich的低成本冷卻設計(氣冷或水冷)在熱力學上把電動機和機器分離海南彩票七星论坛图规,把熱傳遞限制在周圍結構海南彩票七星论坛图规。避免熱變形對精密加工非常重要海南彩票七星论坛图规。
                        1FN1和1FN3電動機的設計特色是初級部分的定子和永磁體之間氣隙較大,以適應機械結構的變化。“初級部分的線圈槽和次級部分的傾斜永磁體能在較小結構尺寸中獲得較大的推力,同時推力波動最小”,Meredith Johnson評價道。
                        1FN1電動機面向機械加工應用海南彩票七星论坛图规,特點是精密和推力的波動小。1FN3適合負荷變化大的應用,提供多種發動機尺寸和選件。這兩類電動機都可以在同一軸(軌道)使用多臺電動機海南彩票七星论坛图规,以擴大連續和峰值動力輸出。
                        這些線性電動機可以匹配Simodrive數字611D和模擬611U驅動器使用。系統的CNC部分使機床或其他運動控制系統可以與驅動器集成,采用分立單元(如Sinumerik 840D)或第三方控制器?! 〔牧细倪M和成本問題改進電動機線圈的材料和熱量性能,以及提高產量、降低成本海南彩票七星论坛图规海南彩票七星论坛图规,是多家廠商貫穿開發過程的共同主題。Anorad公司認為以上因素有助于DDL電動機在新應用中超越傳統旋轉電動機和滾珠螺桿的組合?海南彩票七星论坛图规! 「叽磐看朋w材料的使用加速了在這兩方面的進展?海南彩票七星论坛图规,F有尺寸的電動機可以提供高輸出動力;還可以開發大動力的小型線性電動機。Anorad產品經理 Michael J. Pitka解釋道.由各方面的進展帶來的新型電動機拓展了Anorad的DDL技術應用。
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                        先進材料包括改進的用于封裝電動機線圈的成型復合材料,可以帶來更好的散熱性能。發熱較少可以提高電動機效率,帶來單位結構尺寸較高的輸出動力。改進的成型復合材料是Anorad最近獲得UL認證的新型LC鋼芯無刷同步線性電動機系列的一部分。
                        在Anorad看來,隨著DDL電動機技術的應用領域從半導體生產向包裝機等工業部門拓展海南彩票七星论坛图规,DDL電動機的使用正在逐步擴大。批量生產過程可以降低這些電動機的成本。滿足工業標準、具有多種尺寸和動力規格以及較好經濟性的線性電動機能夠取代旋轉電動機海南彩票七星论坛图规。
                        Bosch Rexroth正在解決DDL電動機的成本和單位尺寸效率問題海南彩票七星论坛图规。開發中的設計有望使在給定結構尺寸下的連續和峰值動力輸出提高兩位百分數。這對提高DDL傳動系統的性能優勢海南彩票七星论坛图规、降低DDL傳動系統的成本有重要意義。
                        Bosch Rexroth反對DDL技術比同等旋轉系統更昂貴的說法,提出DDL技術在某些應用中的確能節省系統成本。Bosch Rexroth的DDL產品包括輸出200~22000N的電動機和額定功率高達20kW并帶各種標準通信接口的Ecodrive控制器。
                        Yaskawa Electric America公司(YEA)致力于消除潛在用戶對DDL技術能否拓寬應用范圍的擔心。近來的發展增強全部3種類型YEA線性電
                      動機的性能。例如,正在申請專利的高密度線圈繞線法(來自Sigma旋轉電動機)帶來70%的空間填充率,比未優化的電動機設計有顯著提高。使用高磁通密度的釹鐵硼磁體也能提高性能海南彩票七星论坛图规。YEA著重把其Linear Sigma電動機無縫地集成到其Sigma-II旋轉交流伺服電動機和控制器產品系列海南彩票七星论坛图规。
                        GW型線性電動機的無芯結構消除了齒槽效應海南彩票七星论坛图规。通過在動圈兩側采用雙側移相繞組設計(正在申請專利),動力波動縮小到了目前水平的四分之一。線圈位于兩側裝有釹鐵硼磁體的U型磁道里?! W型線性電動機由動圈和在支承板上傾斜排列的稀土磁體形成的單側靜止磁道組成。一個正在申請專利的特點——在鐵芯兩端形成的“sub-teeth”——與沒有“sub-teeth”的設計相比海南彩票七星论坛图规,可以大大減小邊緣齒槽效應。   平衡磁力第三類線性電動機,TW型電動機明顯降低了鐵芯電動機固有的強大吸力,因而緩解了對結構設計和軸承負載能力的要求。這種“平衡式鐵芯設計”把磁體放在動圈組兩側,因而可以消除靜止部分和運動部分之間的吸力。如果不平衡,磁鐵吸力可能高達電動機峰值動力的5到6倍。
                        采用平衡式設計,在臺架式應用的兩端可以用單導軌引導TW線性電動機,代替典型的雙導軌,而且更容易實現隊列任務和運行的平行性。
                        線性電動機的伺服控制和換向存在反饋信息可靠性問題。噪聲感應和壓降是兩個最普遍的線性反饋信號故障,針對這些問題海南彩票七星论坛图规,Sigma-II系統編碼器法能提供“良好的抗干擾裕度”海南彩票七星论坛图规。
                        還有一種平衡式設計來自Parker Hannifin公司推出的平衡式線性電動機激勵裝置(BLMA)。BLMA把線圈繞組放在垂直取向的磁棒兩側。這種“平衡式設計”消除了垂直于行進方向的磁力,因而只用一半磁體磁道成本就能提供鐵芯激勵裝置的全部能力海南彩票七星论坛图规。這個激勵裝置設計還解決了與大磁力相關的發熱問題。據報道, BLMA產生的熱量只相當于同樣大小的標準鐵芯線性電動機的50%海南彩票七星论坛图规。
                        與此同時,Parker公司正在加強其SL系列無槽線性電動機的性能,降低成本,從而拓展市場。SL系列可以通過OEM方式直接集成到機器設備,大大節省成本和空間海南彩票七星论坛图规。為減輕較小的OEM廠商和最終用戶的安裝和現場工程量,SL系列組件還被包裝在線性電動機工作臺以提供用戶海南彩票七星论坛图规。較低的價格和突出的性能使它相對于各種皮帶和導向螺桿工作臺等傳統伺服定位系統更富有競爭力海南彩票七星论坛图规。
                        不要忘記LIM雖然多數的宣傳側重基于同步電動機的系統海南彩票七星论坛图规,但是直接驅動線性感應電動機(LIM)也是這個技術的一部分。Baldor Electric公司的產品經理John Mazurkiewicz說:“近來海南彩票七星论坛图规,圍繞基于線性電動機電感的功率因數補償(PFC)取得了一些進展”海南彩票七星论坛图规。PFC試圖最小化電動機電壓和電流之間的相位角。“它的優勢是節能,動力可以提高40%”,他說。
                        補償功率因數的明顯好處是降低電動機的運行費用。不過海南彩票七星论坛图规,John Mazurkiewicz指出:通過對LIM進行適當控制,PFC還可以帶來其他好處。功率因數越高,意味著電動機單位尺寸的功率容量(或動力)越大,壓降及相關問題越小海南彩票七星论坛图规,由于降低發熱而效率越高。
                        作為一個吸引更多應用和用戶的途徑海南彩票七星论坛图规,Baldor Electric公司開發了其稱之為“混合芯”的無刷線性電動機。只有電動機的初級部分(出力側)攜帶磁體海南彩票七星论坛图规,有槽次級部分(模壓板)為降低成本切割成所需要的行程距離海南彩票七星论坛图规海南彩票七星论坛图规?;旌闲倦妱訖C以兩種初級部分為特色。二相步進電動機型的初級利用標準步進電動機控制器提供開環回路性能。對于要求更高的應用海南彩票七星论坛图规,三相伺服電動機型的初級利用伺服驅動器和定制供應的線性編碼器提供閉環控制。強制空氣冷卻使這種電動機的額定連續動力提高20%左右。

                        Danaher Motion/Kollmorgen公司正致力于提高性能海南彩票七星论坛图规、改善易用性、降低成本3個開發目標海南彩票七星论坛图规,將DDL產品定位于比傳統技術更具有競爭力海南彩票七星论坛图规。DDL產品經理 Dave Riebe預計Danaher Motion正在研究的有潛力的新電磁設計能夠增強性能。該計劃的其他方面還有采用新的銷售手段工具和完整解決方案——控制器、驅動器、電動機和機械裝置——使客戶使用DDL傳動系統更容易海南彩票七星论坛图规。對于產品經濟性來說海南彩票七星论坛图规,“提高產量、改善供應鏈、開發更有效的制造技術能帶來成本降低”。
                        Danaher/Kollmorgen的最新線性電動機產品系列是Platinum DDL,可提供無鐵芯結構(初級和次級部分之間沒有吸力)和鐵芯結構(提供單位結構尺寸的大動力輸出)海南彩票七星论坛图规。
                        業界第一臺獲UL認證線性電動機對旋轉伺服電動機的絕緣系統完整性和產品安全性進行認證海南彩票七星论坛图规,人們認為理所應當,但是對線性電動機進行認證則是一個大新聞海南彩票七星论坛图规。
                        Rockwell Automation的子公司Anorad稱它的新型LC系列鋼芯無刷線性電動機中的一款產品于2003年2月“率先”獲得UL認證。Anorad公司市場總監Michael Backman解釋說,UL額外的絕緣要求給這些電動機的無框結構提出了性能和封裝挑戰。一種新的絕緣系統和電動機線圈設計提供了解決方案,實現了H級180℃保護和650V直流總線電壓等級海南彩票七星论坛图规。此外,在LC系列電動機開發中采用了新一代稀土磁體,使力密度比以前的型號有所提高。
                        據Anorad說,有限元分析法被用來優化正在申請專利的LC線性電動機分層鋼芯設計,這種設計允許在線圈組中填充高達85%的銅(比上一代鋼芯電動機高7%。)海南彩票七星论坛图规。鋼芯和大量銅材料的存在提高了熱效率『D喜势逼咝锹厶惩脊妫  最初,兩種電動機型號有兩種線圈尺寸海南彩票七星论坛图规,提供62磅力和94磅力輸出。LC電動機和標準的三相無刷伺服傳動裝置兼容。對需要交換反饋的伺服傳動裝置海南彩票七星论坛图规,可以給電動機的動圈安裝霍爾效應模塊海南彩票七星论坛图规。利用提供這種功能的控制裝置還有可能用軟件實現電動機換向。
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