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          配套的直流微型驱动和运动控制器

          2021年08月26日 14:30 ? 次阅读

          选择合作伙伴要谨慎。体积小、功率大的直流电机在集成化程度不断提高的系统研发过程中发挥了至关重要的作用。从医疗和实验室技术到航天、机器人、光学和光电学、以及工业机械和设备领域,这类电机在众多应用领域内都是理想的驱动技术。

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          但只有在和减速箱、编码器以及运动控制器等其它部件组合的情况下,它们才能真正构成适合应用需求的驱动或定位系统。为了确保运行可靠性,正确选择配套部件至关重要。所有部件都必须与电机兼容,并符合技术要求。如果选择了错误的控制器,严重时可能导致电机损坏。

          在为驱动系统选择运动控制器时,应该先回答几个重要的问题。比如,最基本的是需要执行什么样的运动过程,以及对电机控制器有哪些要求?驱动装置是采用持续工作还是启停模式?是否需要实现精确定位?驱动装置的负载类型?负载周期如何?需不需要减速箱?哪种电机最适合应用需求?根据以上问题的答案即可完成运动控制器的选型。运动控制器和电机绝不可随意搭配,这一点不容忽视。尤其是直流微电机的设计独特,因此它们有特殊的要求。

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          过热风险

          FAULHABER直流微型电机和微电机的核心部件是获得专利的,自承式、无铁芯、斜绕型转子线圈,它采用电刷换向,并围绕着一个固定的磁体旋转。由于外形像钟,该电机通常也被称为钟形电枢电机。它的设计不仅具有实用的特点,还决定了运动控制器的选择。

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          由于气隙对称,它不会形成齿槽转矩,这也确保精密的定位和优异的调速控制。负载和转速、电流和转矩、电压和转速之间保持线性关系由于绕组的尺寸几乎占到整个电机的直径,因此相对于它们体积和重量,该类电机能够比传统电机实现更高的效率和转矩。转子的低惯量还确保极低的电气时间常数。因此这类电机具有高动态和可承受高负载的优势。对于伺服应用来说,只要电机绕组的温度得到监控,通常均可在过载模式下实现三倍的持续转矩。但由于空间有限,直径不超过22 mm的电机不带内置温度传感器。 所以如果微电机只是与任意一台控制器组合,那么在最严重的情况下绕组可能被完全烧毁。

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          FAULHABER运动控制器专门针对微型驱动和微驱动研制,并在真实工作条件下经过严格测试,因此可以有效避免类似问题。它们通过复杂的建模计算,为相应电机型号“预测”绕组温度。这意味着可以充分利用电机的全部动态潜力,比如用于快速定位。在绕组温度过高前可及时降低电流。通过FAULHABER MoTIon Manager软件的“电机选型对话窗”,可以将参数轻松传输到驱动控制器。

          通过保存在控制器内的模型可以对应用内部的热学数据进行分析,达到改善控制器的目的。电机的冷却效果如何?在高环境温度下是否需要限制功率。是否安装了减速箱和编码器?以在人工气候室内循环工作的驱动装置为例,电机控制器通过保存的模型对人工气候室控制器内的环境温度参数进行跟踪,从而利用这些附加信息,实现电机的最大功率。在负载周期明确的情况下,也是如此。电机的设计体积可以缩小,尤其是应用在移动设备上时这具有很大的优势。

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          虽然低电气时间常数有利于动态过程,但驱动控制器内常见的脉宽调制(PWM)却可能导致额外损失。FAULHABER无芯电机的典型电气时间常数约为10 μs。如果PWM频率低于50 kHz,在很多情况下就已无法实现产品参数表内的持续转矩,否则电机可能出现过热。这也是为什么在选择电机控制器的时候要确保足够高的PWM频率的原因。对于FAULHABER运动控制器来说,该值在78–100 kHz范围内(实际值取决于具体型号)。根据调制类型,作用于电机的频率最高可达200 kHz,这完全符合小型电机的要求。

          功率强大体积小

          虽然已经过多年的试验和测试,MC V3.0系列运动控制器受其体积以及内置电机电流测量分辨率的影响,对FAULHABER微电机的可应用性有限。新型MC 3001 B/P应运而生。无论从体积还是电流测量分辨率来说,它都是第一款真正适合小型伺服驱动装置的运动控制器。该运动控制器的最高电源电压为30 V,体积16 x 27 x 2.6 mm(宽 x 长 x 高),持续电流可达1 A,峰值电流5 A。如果应用于较低的电源电压,比如12 V系统内,可轻松实现高达2 A的持续电流。与同一系列的其它大型控制器相比,它们在功能上毫不逊色。它们的输入输出选项以及编码器接口与同系列其它产品完全相同。通信接口包括USB、RS232和CANopen。此外,还可以在客户定制的主板(母板)上装配一个紧凑型EtherCAT接口。

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          该控制器有两种不同型号:带扁平板对板连接器的MC 3001 B型控制器适合需要在一个主板上安装多台驱动控制器的应用场合。MC 3001 P型控制器带排针式连接器,连接器三侧的排针间距为2.54 mm。这更适合安装在结构特殊的设备内,比如实验室的多轴自动化设备。这样,即使是最小的FAULHABER直流电机,也能搭配尺寸和功能最适合的运动控制器

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