PIMag磁性直接驅(qū)動器

音圈電機(jī)、線性電機(jī)和力矩電機(jī)

高精度

高動態(tài)性

高驅(qū)動力，即高力矩

緊湊設(shè)計的大行程

即使在高工作循環(huán)下依然具有較長的使用壽命

個性化設(shè)計的性能特性

音圈電機(jī)、線性電機(jī)或力矩電機(jī)等驅(qū)動器均為電磁直接驅(qū)動器。在直接驅(qū)動器中，驅(qū)動器元件的力直接傳遞至要移動的負(fù)載（例如，傳遞至無聯(lián)接器、傳動螺桿或減速齒輪等機(jī)械傳動元件的線性或旋轉(zhuǎn)工作臺）。電磁直接驅(qū)動器由電流通過時將形成磁場的繞組體（線圈）和安裝有磁體的載體或磁性組件組成。用于加速負(fù)載的力或力矩由洛倫茲力生成。該力與磁場強(qiáng)度和通過載流導(dǎo)體的電流成正比。電能在此處轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。產(chǎn)生的力可根據(jù)電流方向雙向作用。原則上，可以移動繞組體（“可動線圈”）或磁性組件（“可動磁體”）?？蓜硬考Q為從動件，靜止部件稱為主動件。

電能以機(jī)電方式轉(zhuǎn)換為力：借助于“右手定則”，可以確定相對于電流和磁場方向的力方向

PI提供多種配備磁性直接驅(qū)動器的標(biāo)準(zhǔn)和客戶特定的定位解決方案；公司還在設(shè)計、構(gòu)建和制造必需的系統(tǒng)組件（如導(dǎo)軌、傳感器、控制技術(shù)和軟件）方面有著多年的經(jīng)驗。如果定位系統(tǒng)需要使用市場上現(xiàn)有的驅(qū)動組件無法實現(xiàn)的特定性能特性（例如實現(xiàn)高力密度或緊湊設(shè)計），則PI還可以開發(fā)專有的磁性電機(jī)。這些內(nèi)部開發(fā)的專有電機(jī)由PIMag品牌名稱標(biāo)識，使用這些PI電機(jī)的定位系統(tǒng)由由PIMag驅(qū)動徽標(biāo)標(biāo)識。

音圈電機(jī)

緊湊安裝空間中的高電機(jī)常數(shù)

高動態(tài)

高力

音圈驅(qū)動器為單相電機(jī)，由位于磁場氣隙中的永磁體和繞組體組成。當(dāng)電流流過繞組體時，繞組體在永磁體的磁場中移動。當(dāng)構(gòu)建矩形或扁平形狀時，可實現(xiàn)特別緊湊的尺寸。圓柱形音圈是根據(jù)柱塞線圈原理構(gòu)造而成的（即，線圈位于場組件中）?？梢砸苿永@組體或場組件。利用所謂的多線圈原理，可以在緊湊的安裝空間中優(yōu)化圓柱形音圈電機(jī)的電機(jī)常數(shù)，例如，甚至可以實現(xiàn)帶有空心軸的解決方案。音圈驅(qū)動器適用于需要高精度、高動態(tài)和高速度的掃描應(yīng)用，行程長達(dá)十毫米。

計算音圈電機(jī)的磁通密度和電流

圓柱形PIMag音圈電機(jī)的力-位移關(guān)系圖

還可以針對力或電機(jī)常數(shù)優(yōu)化音圈。電機(jī)常數(shù)表示力與功率損耗的比率。電機(jī)常數(shù)越高，生成一定力時產(chǎn)生的熱量越少。該常數(shù)表示將電能轉(zhuǎn)換為動能的電機(jī)效率。隨著溫度的升高，繞組電阻增加，因此功率損耗也隨之而增加，這就是電機(jī)常數(shù)與溫度相關(guān)的原因。由于線圈沿行程相對于永磁體移動，因此該力取決于位置。為了盡可能快地將力驅(qū)動到電機(jī)中，可以提高電壓，因為然后相應(yīng)更快地獲得電流。加速度以相同的比率增加。因此，通過快速增加加速度（加加速度），可以實現(xiàn)高動態(tài)應(yīng)用。例如，圓柱形電動機(jī)用于定位解決方案以進(jìn)行聚焦任務(wù)，以便垂直地或在內(nèi)窺鏡中動態(tài)地移動測量頭或光學(xué)系統(tǒng)。

PIMag：圓柱形音圈電機(jī)，具有最大的電機(jī)常數(shù)與安裝空間比

PIMag：設(shè)計緊湊的音圈電機(jī)，可直接集成到客戶應(yīng)用中

高力密度 高動態(tài)性 緊湊的安裝空間V-522、V-524和V-528線性平臺帶有扁平型音圈電機(jī)，具有高動態(tài)性和緊湊的安裝空間

線性電機(jī)

傳統(tǒng)的三相線性電機(jī)基本上是一系列至少三個（或三個的倍數(shù)）音圈電機(jī)?？梢愿鶕?jù)位置相關(guān)的固定模式（即換相）來控制各個線圈。線性電機(jī)可適用于較高或較低的進(jìn)給速度。電機(jī)可以準(zhǔn)確地在低于0.1微米/秒至高于5米/秒的速度范圍內(nèi)工作。與空氣或磁性軸承相結(jié)合，可實現(xiàn)低至數(shù)納米的位置分辨率?？蛇x地，在真空下，PI可以在其線性電機(jī)上使用特種環(huán)氧樹脂。這可以改善散熱，從而可實現(xiàn)更高的公稱力。此外，密封化合物確保了電機(jī)密封性，因此可防止外部損壞（例如在裝配期間）。對于需要高速度或快速電流上升時間的應(yīng)用，PI可設(shè)計高達(dá)600 VDC工作電壓的電機(jī)。

磁場分析高達(dá)5微特斯拉，可確定驅(qū)動器元件的合適位置

U形輪廓磁軌，排列在磁北極與磁南極之間

U形輪廓磁軌、Halbach陣列成型，可實現(xiàn)高力和低重量

PI線性電機(jī)中使用的磁軌有各種長度可供選擇，可將其串聯(lián)連接，以實現(xiàn)任何所需的行程。可提供單邊或U形磁軌。
U形磁軌實現(xiàn)了比單邊磁軌更高的磁場強(qiáng)度，因此具有更高的力。如果磁體另外排列為Halbach陣列，則與磁北極到磁南極排列相比，磁場強(qiáng)度可以增加約10%。此外，可以在Halbach陣列中省略鐵墊片，從而使這些磁軌明顯更輕。使用Halbach陣列的優(yōu)點同樣適用于單邊磁軌。在這種情況下，使用Halbach陣列可以較大限度地減少后側(cè)的雜散場。PI為需要輕磁軌的應(yīng)用提供碳載體。

鐵芯線性電機(jī)

高力密度

高動態(tài)性

緊湊的安裝空間

在鐵芯電機(jī)中，線圈組的芯體由鐵制成。鐵可以較大限度地增加磁力，并且有助于實現(xiàn)高力密度和高熱穩(wěn)定性。為了減少渦流損耗，鐵芯采用層疊狀結(jié)構(gòu)且主要由堆疊并絕緣的變壓器片制成。
 線圈組中的鐵芯使得線圈組與磁性組件之間產(chǎn)生吸引力，從而導(dǎo)致齒槽效應(yīng)的發(fā)生，并進(jìn)而導(dǎo)致進(jìn)給力在行程范圍內(nèi)波動。專門設(shè)計的緣齒可優(yōu)化齒槽效應(yīng)。鐵芯線性電機(jī)適用于需要大力和高加速度且安裝空間受限的應(yīng)用。

鐵芯線性電機(jī)的力-速度關(guān)系圖

PIMag：無磁軌的無鐵芯線性電機(jī)的示例設(shè)計

PIMag：采用疊片式磁性鋼和環(huán)氧樹脂密封的線性電機(jī)

帶鐵芯線性電機(jī)的V-408系列線性平臺，用于價格敏感型應(yīng)用

無鐵芯線性電機(jī)

緊湊的結(jié)構(gòu)高度

高速度穩(wěn)定性

無齒槽效應(yīng)

無鐵芯線性電機(jī)的繞組體沒有鐵芯。這意味著線圈與磁性組件之間無吸引力，并且不會發(fā)生齒槽效應(yīng)。沒有鐵芯還降低了電機(jī)本身的重量。由于沒有影響導(dǎo)軌和進(jìn)給速度的齒槽效應(yīng)，并且繞組體更輕，因此無鐵芯電機(jī)具有高行程精度、高速度穩(wěn)定性和高加速度的特點。通過增加電機(jī)線圈的數(shù)量或尺寸可以滿足功率和動態(tài)性要求。在大多數(shù)情況下，無鐵芯電機(jī)可以比鐵芯電機(jī)實現(xiàn)更低的公稱力和峰值力。這是由于設(shè)計中缺少導(dǎo)熱金屬以及由此造成的線圈散熱有限所致。因此，應(yīng)借助于溫度傳感器保護(hù)電機(jī)免于過載。
無鐵芯線性電機(jī)適用于在緊湊的安裝空間中需要高動態(tài)性且對精度具有較高要求的應(yīng)用。

PIMag：無磁軌的鐵芯線性電機(jī)的示例設(shè)計

PIMag：帶三個線圈和U形磁軌的扁平型電機(jī)

V-508系列扁平型線性平臺 - 帶有采用Halbach陣列的無鐵芯線性電機(jī)

力矩電機(jī)

緊湊的結(jié)構(gòu)高度

大孔徑

高力矩密度

原則上，力矩電機(jī)是一種沿徑向布置的線性電機(jī)。力矩電機(jī)的定子包含線圈且牢固安裝；轉(zhuǎn)子包含磁性組件。當(dāng)磁體長度呈線性變化時，力矩變化量與直徑成平方關(guān)系。因此，在大直徑上會產(chǎn)生大力矩。此外，大的徑向尺寸使得可以形成用于激光束或電纜通過的孔徑。由于直接驅(qū)動原理，力矩電機(jī)無空回。零游隙允許高定位精度和高傳動剛性，因此可實現(xiàn)高重復(fù)精度。高驅(qū)動力矩可實現(xiàn)高加速度，因此具有高動態(tài)性。其他功能包括高抗扭剛度、高峰值力矩、高效率以及非常平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)。此外，得益于其在力矩和旋轉(zhuǎn)對稱性方面的緊湊型設(shè)計，力矩電機(jī)適用于單軸或多軸組件上的高負(fù)載轉(zhuǎn)臺。

PIMag：帶大孔徑的扁平型力矩電機(jī)設(shè)計

PIMag：帶孔徑和可選制動裝置的緊湊型力矩電機(jī)設(shè)計

緊湊型力矩電機(jī)轉(zhuǎn)臺堆疊在PI六足位移臺上，用于高度自動化的生產(chǎn)系統(tǒng)

位置、速度和力控制

帶有位置傳感器(l.)和附加力傳感器(r.)的V-273系列線性促動器

由于磁性直接驅(qū)動器由電流控制，驅(qū)動力與電流呈線性相關(guān)，因此其操作不僅可以基于位置或速度控制，也可以基于力控制。
力控制允許以規(guī)定的保持力或進(jìn)給力進(jìn)行操作?？梢栽陔p控制回路中單獨或同時讀取力和位置傳感器的值。除了純力控制，還可選擇次級的位置和速度調(diào)節(jié)。自動調(diào)零功能可定義在開環(huán)操作期間驅(qū)動器產(chǎn)生0牛頓力的保持電流。

重力補(bǔ)償

用于高動態(tài)自動聚焦應(yīng)用（包括音圈Z向軸的重力補(bǔ)償）的客戶特定組件

垂直安裝的磁性直接驅(qū)動器必須保持運動平臺和施加的負(fù)載不受重力影響。這可以通過重力補(bǔ)償來實現(xiàn)。該方法適合于負(fù)載，即使無電機(jī)力，也可以將要移動的組件保持到位。這會使電機(jī)力專門用于定位任務(wù)?？梢酝ㄟ^磁力、氣動或機(jī)械方式補(bǔ)償重力。PI根據(jù)所需的性能特性而采用不同的方法。