摘要：本文在簡述了直線電機(jī)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)描述了由Bitpass軸桿直線電機(jī)為核心構(gòu)成的機(jī)構(gòu)取代滾珠絲桿執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

一、直線電機(jī)簡介:

直線電機(jī)是一種能將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，而不需要任何轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的電機(jī)。由于直線電機(jī)相比傳統(tǒng)電機(jī)有其自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，在很多領(lǐng)域的應(yīng)用顯示了無可比擬的優(yōu)勢，主要有以下特點(diǎn);

(1) 結(jié)構(gòu)簡單，無污染，噪聲低，無磨損，無需復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，直線電機(jī)取消了諸如齒輪、皮帶輪或者摩擦輪等中間傳動(dòng)裝置，消除了他們造成的噪聲；直線電機(jī)只有初級和次級兩大件，尤其是軸桿型直線電機(jī)，動(dòng)子和定子之間無接觸，因此直線電機(jī)做到噪音低，無磨損，無污染維護(hù)方便。

(2) 速度高：由于工作臺(tái)由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，沒有中間的機(jī)械傳動(dòng)元件，因而可達(dá)到很高的進(jìn)給速度，其值可達(dá)到80~180m/min。

(3) 快速響應(yīng)性：用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，結(jié)構(gòu)簡單不存在中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣量和阻力矩的影響，因而加速和減速時(shí)間短，可以實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)和正反向運(yùn)行，加速度可以達(dá)到2~10g(g為重力加速度)

(4) 裝配靈活：可以根據(jù)客戶的機(jī)械特殊需求，將線圈或軸桿固定均可，靈活方便。

(5) 工作穩(wěn)定可靠，壽命長：由于線圈和軸桿之間無摩擦，無磨損，只要機(jī)械安裝良好，就可以長期可靠運(yùn)行，

(6) 定位精度高：直線電機(jī)直接輸出直線運(yùn)動(dòng)，沒有任何中間機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，要實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制，必須采用全閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，所以直線電機(jī)的定位精度取決于定位檢測元件的精度，如光柵尺、磁柵尺等等，隨著光柵尺的分辨率越來越高，直線電機(jī)的定位精度也隨之越來越高。

二、Bitpass軸桿直線電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

如圖1所示，此設(shè)備的主要功能是實(shí)現(xiàn)把兩側(cè)料盤里中的調(diào)焦電機(jī)移到中間托盤上面。設(shè)備采用Bitpass單軸桿雙線圈型直線電機(jī)，如圖1紅色箭頭指向的是直線電機(jī)的軸桿，兩側(cè)分別是兩個(gè)線圈帶動(dòng)兩個(gè)移載裝置，此機(jī)構(gòu)替代了原有兩根絲杠的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，節(jié)省了安裝空間。

圖2所示，軸桿電機(jī)上方兩個(gè)相機(jī)是用來調(diào)整確定物料擺放的位置，此機(jī)構(gòu)是由2根絲杠帶動(dòng)移動(dòng)位置。

客戶要求：在設(shè)備平穩(wěn)不晃動(dòng)的情況下達(dá)到高速運(yùn)行，提高設(shè)備工作效率

原設(shè)備情況：THK絲桿（導(dǎo)程20mm ，直徑25mm，總長度1m），2根+ 伺服電機(jī)750w ，可以做到速度2m/s，但是整機(jī)有晃動(dòng)，不穩(wěn)定。

目前使用情況：使用Bitpass 軸桿直線電機(jī)，軸桿JES-S350系列，有效行程1.8m；線圈：JES-350D，2 個(gè)；光柵尺：miroE ，分辨率0.5u；

調(diào)試后設(shè)備現(xiàn)狀：

1、達(dá)到客戶預(yù)期目標(biāo)速度3m/s，加速度2G，整機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行，無晃動(dòng)；

2、使用miroE光柵，由于處理速度快，負(fù)載率上升慢，最終負(fù)載率穩(wěn)定在86%。

2.2調(diào)試中遇到的問題：

1、 當(dāng)線速度達(dá)到2m/s以上時(shí)，驅(qū)動(dòng)器顯示負(fù)載率直線上升，然后16號過載報(bào)警，線速度低于2m/s時(shí)，設(shè)備正常運(yùn)行。經(jīng)過反復(fù)測試研究，發(fā)現(xiàn)磁柵尺的響應(yīng)速度偏低是導(dǎo)致直線電機(jī)過載報(bào)警的最主要原因，并且讀數(shù)頭的反饋信號在受到外部干擾情況下也會(huì)出現(xiàn)個(gè)別脈沖丟失，導(dǎo)致負(fù)載率不斷上升情況，因此建議客戶將磁柵尺更換成光柵尺，更換光柵之后，恢復(fù)正常，線速度也可以繼續(xù)提高。

2、 調(diào)試過程還遇到設(shè)備聲音大，原因是由于設(shè)備有共振，并且共振的頻率從低頻到高頻一直在變化，不能固定在一個(gè)確定的頻率，并且加上去共振兩個(gè)共振點(diǎn)有效會(huì)出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，負(fù)載率上升快的現(xiàn)象。原波形測得如下：

設(shè)置自動(dòng)抓取第三陷波濾波后發(fā)現(xiàn)，聲音有明顯變小，通過波形算出設(shè)備大概在222HZ頻率有共振，在第一陷波加222HZ陷波，聲音消失，測出波形如下。

三、總結(jié)：

此案例使用Bitpass軸桿直線電機(jī)成功的解決了常規(guī)絲杠加伺服電機(jī)所不能克服的問題，簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，達(dá)到了客戶所需要的理想效果，這些都是普通電機(jī)所不能比擬的，值得大家在此類設(shè)備上推廣。