雷尼紹光柵產(chǎn)品助力打造設(shè)計“獨特”的直線電機
2022-9-1 來源：雷尼紹 作者：-
恒速控制對于許多先進的工業(yè)過程來說至關(guān)重要，但傳統(tǒng)的電機設(shè)計會產(chǎn)生齒槽力，導(dǎo)致電機速度出現(xiàn)紋波。KOVERY Inc設(shè)計的一系列先進的直線電機集成了雷尼紹光柵，可完美解決這一難題。
背景
直線電機廣泛應(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打印和機床等。直線電機類同于定子和轉(zhuǎn)子被“鋪開”的旋轉(zhuǎn)同步電機，但與旋轉(zhuǎn)電機輸出旋轉(zhuǎn)扭矩不同，直線電機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制造商，該公司是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高精度直線電機系統(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)
大部分直線電機屬于“平板式直線電機”，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)用要求嚴苛，必須精確控制動子的運動。
恒速控制對于許多先進的工業(yè)過程來說至關(guān)重要，但傳統(tǒng)的電機設(shè)計會產(chǎn)生齒槽力，導(dǎo)致電機速度出現(xiàn)紋波。
設(shè)計人員還可以選擇使用無槽（無鐵芯）平板式電機，這種電機的控制性能優(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，電機的整體推力增強，最大值可達到傳統(tǒng)直線電機的至少兩倍。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完成換向，實現(xiàn)平穩(wěn)的運動和位置控制。抖動更低且細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磁場的影響。
解決方案
KOVERY在其直線電機中使用了一系列雷尼紹光柵，包括先進的QUANTiC光柵。
針對半導(dǎo)體和FPD制程設(shè)備應(yīng)用，KOVERY的直線電機配備了QUANTiC系列光柵，它具備以下特性：分辨率達到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數(shù)米的定制產(chǎn)品。而且我們預(yù)計長行程直線電機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24 m/s；電子細分誤差 (SDE) 低至±80 nm；配備具有EMI防護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，從而降低機器裝配成本，減少維護機器時的停機時間。此外，QUANTiC光柵的低電子細分誤差 (SDE) 和高分辨率特性還有助于提升直線電機的精度，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度是否達到標(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在電機產(chǎn)品出廠前使用雷尼紹XL-80激光干涉儀進行測試和校準(zhǔn)。XL-80用于機器校準(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)量要求嚴苛的精密設(shè)備制造商，因此電機在出廠前必須通過嚴格的檢驗。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。
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，并應(yīng)用在半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域的先進制程機器設(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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