雷尼紹光柵產(chǎn)品助力打造設(shè)計“獨特”的直線電機(jī)
2022-9-1 來源:雷尼紹 作者:-
恒速控制對于許多先進(jìn)的工業(yè)過程來說至關(guān)重要,但傳統(tǒng)的電機(jī)設(shè)計會產(chǎn)生齒槽力,導(dǎo)致電機(jī)速度出現(xiàn)紋波。KOVERY Inc設(shè)計的一系列先進(jìn)的直線電機(jī)集成了雷尼紹光柵,可完美解決這一難題。
背景
直線電機(jī)廣泛應(yīng)用于各大工業(yè)領(lǐng)域,包括平板顯示器 (FPD)、半導(dǎo)體、自動化、醫(yī)療診斷、3D打印和機(jī)床等。直線電機(jī)類同于定子和轉(zhuǎn)子被“鋪開”的旋轉(zhuǎn)同步電機(jī),但與旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出旋轉(zhuǎn)扭矩不同,直線電機(jī)輸出的是沿著其行程方向上的推力。
KOVERY公司是一家位于韓國京畿道的超精密電機(jī)制造商,該公司是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高精度直線電機(jī)系統(tǒng)供應(yīng)商,同時還持續(xù)致力于技術(shù)和產(chǎn)品研發(fā)。KOVERY的高精度電機(jī)采用自有的專利技術(shù),可減小甚至消除導(dǎo)致速度紋波的齒槽力,以及因直線電機(jī)的定子與動子之間的電磁吸引力而導(dǎo)致的軸承加速磨損。
KOVERY直線電機(jī)使用雷尼紹QUANTiC™系列增量式光柵實現(xiàn)換向和位置控制。KOVERY還使用了雷尼紹的其他測量產(chǎn)品,包括EVOLUTE™絕對式光柵,以及用于機(jī)器校準(zhǔn)的XL-80激光干涉儀。光柵是能夠在惡劣環(huán)境中提供可靠位置反饋的關(guān)鍵組件。
挑戰(zhàn)
大部分直線電機(jī)屬于“平板式直線電機(jī)”,其特點是永磁磁軌布置在一系列電磁線圈(動子)的下方。
半導(dǎo)體和FPD制造等領(lǐng)域的運動控制應(yīng)用要求嚴(yán)苛,必須精確控制動子的運動。
恒速控制對于許多先進(jìn)的工業(yè)過程來說至關(guān)重要,但傳統(tǒng)的電機(jī)設(shè)計會產(chǎn)生齒槽力,導(dǎo)致電機(jī)速度出現(xiàn)紋波。
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設(shè)計人員還可以選擇使用無槽(無鐵芯)平板式電機(jī),這種電機(jī)的控制性能優(yōu)異,但缺點是推力輸出會大幅降低。于是,KOVERY研發(fā)了一個采用“獨特”設(shè)計的電機(jī)系列,能夠在減小齒槽力的同時又不會犧牲推力。
KOVERY總裁Kim Houng-joong先生介紹他們的專利技術(shù)說:“市場上的直線電機(jī)類型多樣,每種設(shè)計都各有所長,但又各有短板。我們KOVERY獨創(chuàng)研發(fā)的直線電機(jī)首次將永磁體以直立形式排列,這樣永磁體能夠在動子線圈的磁極片間穿過。這樣的設(shè)計可確保磁通量一致,且每條磁軌都具有獨立的磁路。在我們的設(shè)計中,磁軌數(shù)量越多,電機(jī)輸出功率越大。這種設(shè)計還可有效減小有槽鐵芯和磁軌之間的法向吸引力,同時又不會犧牲推力。換言之,電機(jī)的整體推力增強(qiáng),最大值可達(dá)到傳統(tǒng)直線電機(jī)的至少兩倍。其他優(yōu)點還包括重量輕、設(shè)計自由度高、裝配便捷、擁有成本低等。”
位置編碼器可幫助直線電機(jī)完成換向,實現(xiàn)平穩(wěn)的運動和位置控制。抖動更低且細(xì)分誤差更小的光柵是首選,因為這些特性有助于實現(xiàn)更精確的位置控制,并可減小速度紋波。
在直線電機(jī)中工作的光柵需要具有兩個關(guān)鍵設(shè)計特性:讀數(shù)頭(傳感器)電纜的最小彎曲半徑小且電纜壽命長,以確保機(jī)器的電纜軌道具有優(yōu)異的抗擠壓、扭結(jié)和彎曲性能;最大工作溫度高,能夠承受電機(jī)線圈通電時預(yù)期產(chǎn)生的熱量。
如果讀數(shù)頭安裝在電磁線圈附近,則光柵還必須能夠抵御強(qiáng)磁場的影響。
解決方案
KOVERY在其直線電機(jī)中使用了一系列雷尼紹光柵,包括先進(jìn)的QUANTiC光柵。
針對半導(dǎo)體和FPD制程設(shè)備應(yīng)用,KOVERY的直線電機(jī)配備了QUANTiC系列光柵,它具備以下特性:分辨率達(dá)到0.2 µm,配用RTLC40增量式柵尺,可輸出模擬或數(shù)字信號。針對其他應(yīng)用,KOVERY的電機(jī)則配備了雷尼紹EVOLUTE絕對式光柵及RTLA50-S直線柵尺。
Kim先生繼續(xù)說道:“KOVERY的直線電機(jī)提供多種規(guī)格,僅行程長度就有十余種之多。有時,我們還需提供行程長達(dá)數(shù)米的定制產(chǎn)品。而且我們預(yù)計長行程直線電機(jī)的市場需求還將持續(xù)增加。QUANTiC光柵的RTLC40鋼帶柵尺成卷供應(yīng),我們可以根據(jù)每臺電機(jī)的具體要求方便地將柵尺裁剪為所需長度,從而提升了生產(chǎn)靈活性。此外,雷尼紹的產(chǎn)品交付周期很短且性價比優(yōu),這些都是吸引我們的優(yōu)點。雷尼紹的光柵幫助我們提升了產(chǎn)品競爭力。”
QUANTiC光柵的優(yōu)點包括:兼容行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字或模擬輸出格式;安裝和運行公差寬松,間隙為±0.3 mm,扭擺公差為±0.9°;運行速度高達(dá)24 m/s;電子細(xì)分誤差 (SDE) 低至±80 nm;配備具有EMI防護(hù)功能的單屏蔽柔性電纜;內(nèi)置可輔助安裝的LED安裝指示燈。
通過選裝的高級診斷工具ADTi?100和免費的ADT View軟件,可獲得更詳實的診斷數(shù)據(jù)。ADTi?100非常適合不易安裝的應(yīng)用場合,并可用于現(xiàn)場診斷和查錯。
尤其是,QUANTiC光柵配備LED安裝指示燈且具有極寬松的安裝公差,可幫助用戶快速、直觀地完成安裝過程,從而降低機(jī)器裝配成本,減少維護(hù)機(jī)器時的停機(jī)時間。此外,QUANTiC光柵的低電子細(xì)分誤差 (SDE) 和高分辨率特性還有助于提升直線電機(jī)的精度,減少速度紋波,從而實現(xiàn)更平穩(wěn)的運動控制。
Kim先生詳細(xì)說道:“選擇光柵系統(tǒng)時,除了光柵規(guī)格要滿足客戶的應(yīng)用要求以外,我們還會考慮光柵在生產(chǎn)環(huán)境中的安裝難度和可靠性。設(shè)備制造商要求的產(chǎn)品交付周期一般都非常短,從收到訂單、設(shè)計、制造、測試到交付,我們通常只有3到6個月的時間。”
“零件的安裝效率絕對是確保準(zhǔn)時交付產(chǎn)品的關(guān)鍵因素之一。QUANTiC光柵具有寬松的安裝公差,因此安裝非常便捷。而且,通過觀察讀數(shù)頭上的LED安裝指示燈的顏色,我們可以快速確定信號強(qiáng)度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),安裝是否成功。QUANTiC的這些特性可幫助我們節(jié)省時間、降低成本,并且增強(qiáng)了我們對產(chǎn)品的信心。”
雷尼紹的EVOLUTE絕對式光柵具有許多與QUANTiC系列相同的優(yōu)點,包括寬松的安裝公差和優(yōu)異的抗污能力。通過高級診斷工具ADTa-100硬件和ADT View軟件,也可獲得有關(guān)EVOLUTE的更詳實的診斷數(shù)據(jù)。
KOVERY在電機(jī)產(chǎn)品出廠前使用雷尼紹XL-80激光干涉儀進(jìn)行測試和校準(zhǔn)。XL-80用于機(jī)器校準(zhǔn)和質(zhì)量控制,它的運行速度快且精度高,線性測量精度可達(dá)0.5 ppm,而且輕巧便攜。
“我們的大部分客戶是對質(zhì)量要求嚴(yán)苛的精密設(shè)備制造商,因此電機(jī)在出廠前必須通過嚴(yán)格的檢驗。我們使用雷尼紹XL-80激光干涉儀測量每臺直線電機(jī)的線性度、直線度和垂直度;此外還執(zhí)行動態(tài)測量,包括速度紋波分析。XL-80激光干涉儀安裝快捷且易于使用,它無疑是我們執(zhí)行產(chǎn)品測試的理想之選,”Kim先生說道。
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結(jié)果
雷尼紹的光柵產(chǎn)品和激光校準(zhǔn)系統(tǒng)幫助KOVERY打造出性能優(yōu)異的直線電機(jī),并應(yīng)用在半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域的先進(jìn)制程機(jī)器設(shè)備中。雷尼紹與KOVERY之間的密切合作將繼續(xù)支持新型直線電機(jī)的研發(fā)。
Kim先生總結(jié)道:“我們專注于超高精度及高速直線電機(jī)的研發(fā),不可能對產(chǎn)品內(nèi)部的每個零部件都了如指掌。雷尼紹的售后支持服務(wù)非常出色,他們經(jīng)常與我們的研發(fā)團(tuán)隊緊密溝通,不僅在必要時提供相關(guān)培訓(xùn),還為我們解決了許多應(yīng)用難題。”
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