从技术上说,直接驱动线性(Direct-Drive Linear, DDL)传动系统已走上一条成功之路。DDL传动系统不需要变速箱、滚珠丝杠、皮带、离合器及电动机和负荷之间的其他旋转-线性运动转换器——与基于旋转电动机的系统相比www.cechina.cn,能提供性能优越的速度、加速度、负荷定位精度和快速行程。
不过,这一切造成了高成本和高复杂性。厂商为解决这些问题进行了不懈努力,给DDL传动系统带来了新生。但目前的经济萎靡不振,以及客户不愿从对已有设计所获得的短期满足中走出来, 向拥有长期效益潜力的新技术转移,给研究工作带来了更多的困难。
厂商给DDL传动产品增值的一个途径是把电动机、轴承、反馈装置集成为成套设备并提供相匹配的控制。
市场观察
直接驱动传动系统目前在全部线性传动应用中占较少的份额(6%~10%)——但它的市场正在增长。从Motion Tech Trends公司(MTT)的报告“2002至2007年北美直接驱动线性电动机市场”可以了解一二。MTT估计2002年北美DDL电动机市场为1.08亿美元控制工程网版权所有,其中近78
MTT的总裁George Gulalo预计今后几年DDL设备的市场增长率将达到15%~20%,2007年达到2.42亿美元。据预测,各类应用所占比例和2002年几乎相同。美国占全球DDL传动设备市场的大约35%。
2002年11月,Frost & Sullivan公司的报告“欧洲线性电动机市场”提供了欧洲的数字。报告预测这个市场在不久的将来会健康持续地增长。报告预计从2001到2008年市场容量将从5700万美元翻一番到1.25亿美元,销量将从33300台增长近3倍到125500台。F&S指出“一个较大的正在扩张的客户基础”是刺激线性电动机解决方案应用、销量和收入增长的原因。
“直接驱动线性传动技术正处在逐渐成熟阶段”。 Bosch Rexroth公司电气传动与控制技术副总裁Scott Hibbard说, DDL技术不再限于高速加工和半导体生产等少数前沿应用。基于较高的产量和改进的电动机设计,DDL技术相关应用已经有了的更广泛的知识基础和得到改善的经济性。
更好的密封和热量管理
DDL技术实现的高加速度、快速点到点运动会使电动机产生更多的热量。需要高速循环的应用会加剧这种状况。
在推进DDL技术的努力中,Bosch Rexroth公司正在改进线性电动机的密封和热量管理性能,以期望与旋转电动机相媲美。这是一项重要的工作,可以让开敞的线性电动机暴露在苛刻的机械加工环境中。“我们已经制定了一个密封电动机的初级侧和次级侧,并达到IP65防护等级的设计原则”,Scott Hibbard说。
热量管理是线性电动机的一个特殊问题,因为产生的全部热量必须通过周围的机械部件散热,对比旋转电动机,其是把大部分热量通过机壳直接消散到周围的空气中。“发热量增大可能对金属切削等加工过程有负面影响”,他补充道。常规液体冷却有用,但仍会遗留“热点”。Bosch Rexroth公司报告说,他们的热封装技术可以把流体入口和电动机整个安装面之间的温差限制在2℃以内。
高性能线性电动机的热量管理同样是西门子自动化与驱动集团传动控制系统部门关注的重点。“热损失几乎全部发生在初级(定子)部分并通过集成的精密冷却系统散热”,西门子自动化与驱动集团项目经理Meredith Johnson说。双路冷却概念被用在西门子的两个永磁密封式同步线性电动机主导产品1FN1和1FN3上。这个注册商标为Thermo-Sandwich的低成本冷却设计(气冷或水冷)在热力学上把电动机和机器分离www.cechina.cn,把热传递限制在周围结构。避免热变形对精密加工非常重要。
![1FN1和1FN3电动机的…如图1](http://www.cechina.cn/upload/upitem\at\200310\33-1.jpg)
1FN1和1FN3电动机的设计特色是初级部分的定子和永磁体之间气隙较大,以适应机械结构的变化。“初级部分的线圈槽和次级部分的倾斜永磁体能在较小结构尺寸中获得较大的推力,同时推力波动最小”,Meredith Johnson评价道。
1FN1电动机面向机械加工应用www.cechina.cn,特点是精密和推力的波动小。1FN3适合负荷变化大的应用,提供多种发动机尺寸和选件。这两类电动机都可以在同一轴(轨道)使用多台电动机,以扩大连续和峰值动力输出。
这些线性电动机可以匹配Simodrive数字611D和模拟611U驱动器使用。系统的CNC部分使机床或其他运动控制系统可以与驱动器集成,采用分立单元(如Sinumerik 840D)或第三方控制器。
材料改进和成本问题
改进电动机线圈的材料和热量性能,以及提高产量、降低成本CONTROL ENGINEERING China版权所有,是多家厂商贯穿开发过程的共同主题。Anorad公司认