从严苛环境到全自动仓储——管状直线电机优势显著

能量的形式多样,可以是储能,也可以是动能,即运动。电机就是将储存的能量转化为动能。

与其他万物一样,运动产生的方式也在不断发展。

作为一种相对较新的驱动方式,管状直线运动正越来越受到机床制造、工厂自动化、包装、印刷和材料处理等各种应用的青睐。

由于在精度,速度,效率等各方面优势显著,管状直线电机在制造业,物流和其他领域大受欢迎,本文将对这种电机和其他三种最常见的驱动方式展开比较与研究。

对于许多企业而言,能耗和员工安全都是重中之重,任何可以提高生产效率和员工安全的方法都值得考虑。

ANCA Motion来自澳大利亚,是运动控制系统与软硬件的开发商和制造商,同时为其姐妹公司ANCA数控机床提供服务。2014年起,ANCA在其全球著名的工具和刀具磨床中配备了LinX®管状直线电机,并将其应用在FX Linear和MX Linear刀具磨床中。

在精密工具制造业中,微米级精度和生产效率十分重要,配有LinX®管状直线电机的设备不仅可以降低运行成本,还可获得更好的表面光洁度,更高的效率和可靠性,因此深受客户喜爱。

左图:搭载LinX®的磨床所加工的刀具表面光洁度

右图:滚珠丝杠磨床所加工的刀具表面光洁度

气缸

气缸的历史大约可以追溯到第二次世界大战。如今,它们是工厂的重要使用产品,可实现两点间的快速移动(噪声较大)。

它们是工厂电力的主要消耗源。据估计,由于工作时会产生大量的热量,使用压缩空气直接执行运动所需的能量是使用电能的十倍。

尽管效率不高,但气动技术已为人们所熟知,应用广泛。

根据规模的不同,工厂有些情况下可能需要多台空气压缩机和/或一个复杂的气路系统才能将压缩空气输送到所需位置。在这样的气路系统中,因为气体泄漏造成的损耗是非常高的。

这种系统带来的主要问题是它们缺乏灵活性。重新校准不同生产过程的空气压力有时需要几个小时。

与气缸不同,ANCA Motion的LinX®管状直线电机采用基于伺服的闭环控制,可以快速轻松地更改运动位置,这意味着它可以尽可能地缩短不同生产过程之间的调整时间。它们还集成有分辨率为10um的位置传感器,无需外部编码器,不仅简化了系统集成,同时也可满足更高的质量和产量要求。

这样,节约的能源成本可迅速与前期的投入成本相抵。相比于气动技术,其回收期一般为18个月。

滚珠丝杠

相比气动技术,滚珠丝杠的应用历史更久远,大约经历了一个多世纪的发展。现今它仍然存在,并广泛应用于各个领域,如动力转向和机械臂移动。

这是一种间接的驱动方式,通过螺母和螺纹将旋转运动变成直线运动。

滚珠丝杠运动有其实用性,从其使用的历史便可见一斑,但它也有缺点。

它无法迅速加减速。运动部件之间的接触会产生摩擦和磨损,因此需要润滑剂。润滑剂有可能会成为污染源。随着时间的推移,磨损还会导致维护成本增加,性能下降。

由于螺纹与螺母之间存在着间隙,这也会引起另一个问题,就是反向间隙。

相比之下,LinX®管状直线电机则更为灵活。由于其直接驱动的特点,它没有反向间隙,动子(带有铜绕组的电机线圈)和磁杆(带有永磁铁的密封不锈钢管)之间没有摩擦。没有摩擦意味着磨损更少,寿命更长,加工出来的刀具或其他应用领域的产品质量更佳。

LinX®电机还能实现高达10米/秒的速度,大幅提升生产效率。

平板直线电机

平板直线电机(通常简称为直线电机)经常被描述为旋转电机的展开版本,其中,旋转电机的转子(含永磁体)是平板直线电机的固定部分,而旋转电机的定子(包含线圈)是平板直线电机的运动部分。

在非工厂环境中,这种原理的应用例子有磁悬浮列车和轨道炮。而在工业环境中,应用这种原理的平板直线电机可凭借其高精度,高加减速和高推力应用于材料处理和机床中。

与滚珠丝杠相比较,平板直线电机的优势是没有反向间隙。

这种电机的缺点是无法在恶劣的环境中使用。另外由于电机线圈和磁块之间存在吸引力,会产生机械应力和热量。这样就可能需要使用单独的冷却系统,反过来增加了机器的整体成本。另外,强大的下压力会导致直线导轨更快地磨损,从而需要经常进行更换。

为了解决以上这些问题,管状直线电机的设计可以充分利用磁通量,电机线圈与磁杆之间没有接触,可实现更好的热稳定性,延长设备使用寿命。同时,LinX®电机采用对称设计,不存在下压力。这些特性都使之可以胜任严苛环境下的工作任务。

所以厂商的设备可以以更低的成本,达到更优的精度。

来自澳大利亚的工程传承,誉享全球

ANCA Motion的管状直线电机最初是为了让ANCA数控机床在激烈的国际竞争中赢得更多优势而设计的。ANCA是数控刀具磨削技术的全球领导者,自1974年以来创造了一系列世界之最,其墨尔本工厂生产的产品几乎全部都远销海外。

LinX®系列电机不仅在刀具制造方面有着多年的应用历史,而且在全球拥有越来越多的客户,在不同的行业和应用中发挥着广泛的作用。这其中包括拾放,贴标,压制,分拣,堆垛,传送,产线分配以及自动化仓储中的许多其他处理应用。

除了LinX®,ANCA还可提供系列的伺服驱动器,人机界面和控制系统。

ANCA Motion在开发运动控制解决方案方面有着数十年的经验,还可与客户合作研发定制化的解决方案。由工程,销售和服务的专家组成的本地团队可为其提供全力支持。

除了定制电机之外,ANCA Motion提供两个系列的标准LinX®管状直线电机:M系列(持续推力为80 N至287 N,峰值推力为1200N),防护等级IP 66,和S系列(持续推力为335 N至630 N,峰值推力为4270N),防护等级IP 67。

ANCA Motion是ANCA集团的全资子公司,设计和制造灵活的控制系统,特别是高精度的CNC设备。ANCA Motion根据OEM客户的特殊要求定制化硬件和软件。ANCA Motion可以提供一整套的解决方案,从交钥匙的自动化控制包到单独的产品,如数字伺服驱动器,运动控制器,软PLC,CNC,IO模块,电机,电缆和电气柜等一系列优质产品。