雷尼紹光柵產(chǎn)品助力打造設(shè)計(jì)“獨(dú)特”的直線電機(jī)
2022-9-1 來源：雷尼紹 作者：-
恒速控制對(duì)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(jì)會(huì)產(chǎn)生齒槽力，導(dǎo)致電機(jī)速度出現(xiàn)紋波。KOVERY Inc設(shè)計(jì)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(dòng)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(guó)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(shí)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(dòng)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(shí)現(xiàn)換向和位置控制。KOVERY還使用了雷尼紹的其他測(cè)量產(chǎn)品，包括EVOLUTE™絕對(duì)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(diǎn)是永磁磁軌布置在一系列電磁線圈（動(dòng)子）的下方。
半導(dǎo)體和FPD制造等領(lǐng)域的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用要求嚴(yán)苛，必須精確控制動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)。
恒速控制對(duì)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(jì)會(huì)產(chǎn)生齒槽力，導(dǎo)致電機(jī)速度出現(xiàn)紋波。
設(shè)計(jì)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(diǎn)是推力輸出會(huì)大幅降低。于是，KOVERY研發(fā)了一個(gè)采用“獨(dú)特”設(shè)計(jì)的電機(jī)系列，能夠在減小齒槽力的同時(shí)又不會(huì)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(chǎng)上的直線電機(jī)類型多樣，每種設(shè)計(jì)都各有所長(zhǎng)，但又各有短板。我們KOVERY獨(dú)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(dòng)子線圈的磁極片間穿過。這樣的設(shè)計(jì)可確保磁通量一致，且每條磁軌都具有獨(dú)立的磁路。在我們的設(shè)計(jì)中，磁軌數(shù)量越多，電機(jī)輸出功率越大。這種設(shè)計(jì)還可有效減小有槽鐵芯和磁軌之間的法向吸引力，同時(shí)又不會(huì)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(diǎn)還包括重量輕、設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)和位置控制。抖動(dòng)更低且細(xì)分誤差更小的光柵是首選，因?yàn)檫@些特性有助于實(shí)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(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)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(zhǎng)，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(shí)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(chǎng)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(duì)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(hào)。針對(duì)其他應(yīng)用，KOVERY的電機(jī)則配備了雷尼紹EVOLUTE絕對(duì)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(zhǎng)度就有十余種之多。有時(shí)，我們還需提供行程長(zhǎng)達(dá)數(shù)米的定制產(chǎn)品。而且我們預(yù)計(jì)長(zhǎng)行程直線電機(jī)的市場(chǎng)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(tái)電機(jī)的具體要求方便地將柵尺裁剪為所需長(zhǎng)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(jià)比優(yōu)，這些都是吸引我們的優(yōu)點(diǎn)。雷尼紹的光柵幫助我們提升了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。”
QUANTiC光柵的優(yōu)點(diǎn)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(yùn)行公差寬松，間隙為±0.3 mm，扭擺公差為±0.9°；運(yùn)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(jí)診斷工具ADTi?100和免費(fèi)的ADT View軟件，可獲得更詳實(shí)的診斷數(shù)據(jù)。ADTi?100非常適合不易安裝的應(yīng)用場(chǎng)合，并可用于現(xiàn)場(chǎng)診斷和查錯(cuò)。
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(shí)的停機(jī)時(shí)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(shí)現(xiàn)更平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)控制。
Kim先生詳細(xì)說道：“選擇光柵系統(tǒng)時(shí)，除了光柵規(guī)格要滿足客戶的應(yīng)用要求以外，我們還會(huì)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(jì)、制造、測(cè)試到交付，我們通常只有3到6個(gè)月的時(shí)間。”
“零件的安裝效率絕對(duì)是確保準(zhǔn)時(shí)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(hào)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(shí)間、降低成本，并且增強(qiáng)了我們對(duì)產(chǎn)品的信心。”
雷尼紹的EVOLUTE絕對(duì)式光柵具有許多與QUANTiC系列相同的優(yōu)點(diǎn)，包括寬松的安裝公差和優(yōu)異的抗污能力。通過高級(jí)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(shí)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(cè)試和校準(zhǔn)。XL-80用于機(jī)器校準(zhǔn)和質(zhì)量控制，它的運(yùn)行速度快且精度高，線性測(cè)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(duì)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(yàn)。我們使用雷尼紹XL-80激光干涉儀測(cè)量每臺(tái)直線電機(jī)的線性度、直線度和垂直度；此外還執(zhí)行動(dòng)態(tài)測(cè)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(cè)試的理想之選，”Kim先生說道。
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(duì)產(chǎn)品內(nèi)部的每個(gè)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(duì)緊密溝通，不僅在必要時(shí)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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