配套的直流微型驅(qū)動和運動控制器

選擇合作伙伴要謹(jǐn)慎。體積小、功率大的直流電機在集成化程度不斷提高的系統(tǒng)研發(fā)過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。從醫(yī)療和實驗室技術(shù)到航天、機器人、光學(xué)和光電學(xué)、以及工業(yè)機械和設(shè)備領(lǐng)域，這類電機在眾多應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)都是理想的驅(qū)動技術(shù)。

但只有在和減速箱、編碼器以及運動控制器等其它部件組合的情況下，它們才能真正構(gòu)成適合應(yīng)用需求的驅(qū)動或定位系統(tǒng)。為了確保運行可靠性，正確選擇配套部件至關(guān)重要。所有部件都必須與電機兼容，并符合技術(shù)要求。如果選擇了錯誤的控制器，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致電機損壞。

在為驅(qū)動系統(tǒng)選擇運動控制器時，應(yīng)該先回答幾個重要的問題。比如，最基本的是需要執(zhí)行什么樣的運動過程，以及對電機控制器有哪些要求？驅(qū)動裝置是采用持續(xù)工作還是啟停模式？是否需要實現(xiàn)精確定位？驅(qū)動裝置的負載類型？負載周期如何？需不需要減速箱？哪種電機最適合應(yīng)用需求？根據(jù)以上問題的答案即可完成運動控制器的選型。運動控制器和電機絕不可隨意搭配，這一點不容忽視。尤其是直流微電機的設(shè)計獨特，因此它們有特殊的要求。

過熱風(fēng)險
FAULHABER直流微型電機和微電機的核心部件是獲得專利的，自承式、無鐵芯、斜繞型轉(zhuǎn)子線圈，它采用電刷換向，并圍繞著一個固定的磁體旋轉(zhuǎn)。由于外形像鐘，該電機通常也被稱為鐘形電樞電機。它的設(shè)計不僅具有實用的特點，還決定了運動控制器的選擇。

由于氣隙對稱，它不會形成齒槽轉(zhuǎn)矩，這也確保精密的定位和優(yōu)異的調(diào)速控制。負載和轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn)矩、電壓和轉(zhuǎn)速之間保持線性關(guān)系由于繞組的尺寸幾乎占到整個電機的直徑，因此相對于它們體積和重量，該類電機能夠比傳統(tǒng)電機實現(xiàn)更高的效率和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子的低慣量還確保極低的電氣時間常數(shù)。因此這類電機具有高動態(tài)和可承受高負載的優(yōu)勢。對于伺服應(yīng)用來說，只要電機繞組的溫度得到監(jiān)控，通常均可在過載模式下實現(xiàn)三倍的持續(xù)轉(zhuǎn)矩。但由于空間有限，直徑不超過22 mm的電機不帶內(nèi)置溫度傳感器。 所以如果微電機只是與任意一臺控制器組合，那么在最嚴(yán)重的情況下繞組可能被完全燒毀。

FAULHABER運動控制器專門針對微型驅(qū)動和微驅(qū)動研制，并在真實工作條件下經(jīng)過嚴(yán)格測試，因此可以有效避免類似問題。它們通過復(fù)雜的建模計算，為相應(yīng)電機型號“預(yù)測”繞組溫度。這意味著可以充分利用電機的全部動態(tài)潛力，比如用于快速定位。在繞組溫度過高前可及時降低電流。通過FAULHABER Motion Manager軟件的“電機選型對話窗”，可以將參數(shù)輕松傳輸?shù)津?qū)動控制器。

通過保存在控制器內(nèi)的模型可以對應(yīng)用內(nèi)部的熱學(xué)數(shù)據(jù)進行分析，達到改善控制器的目的。電機的冷卻效果如何？在高環(huán)境溫度下是否需要限制功率。是否安裝了減速箱和編碼器？以在人工氣候室內(nèi)循環(huán)工作的驅(qū)動裝置為例，電機控制器通過保存的模型對人工氣候室控制器內(nèi)的環(huán)境溫度參數(shù)進行跟蹤，從而利用這些附加信息，實現(xiàn)電機的最大功率。在負載周期明確的情況下，也是如此。電機的設(shè)計體積可以縮小，尤其是應(yīng)用在移動設(shè)備上時這具有很大的優(yōu)勢。

雖然低電氣時間常數(shù)有利于動態(tài)過程，但驅(qū)動控制器內(nèi)常見的脈寬調(diào)制（PWM）卻可能導(dǎo)致額外損失。FAULHABER無芯電機的典型電氣時間常數(shù)約為10 μs。如果PWM頻率低于50 kHz，在很多情況下就已無法實現(xiàn)產(chǎn)品參數(shù)表內(nèi)的持續(xù)轉(zhuǎn)矩，否則電機可能出現(xiàn)過熱。這也是為什么在選擇電機控制器的時候要確保足夠高的PWM頻率的原因。對于FAULHABER運動控制器來說，該值在78–100 kHz范圍內(nèi)（實際值取決于具體型號）。根據(jù)調(diào)制類型，作用于電機的頻率最高可達200 kHz，這完全符合小型電機的要求。

功率強大體積小
雖然已經(jīng)過多年的試驗和測試，MC V3.0系列運動控制器受其體積以及內(nèi)置電機電流測量分辨率的影響，對FAULHABER微電機的可應(yīng)用性有限。新型MC 3001 B/P應(yīng)運而生。無論從體積還是電流測量分辨率來說，它都是第一款真正適合小型伺服驅(qū)動裝置的運動控制器。該運動控制器的最高電源電壓為30 V，體積16 x 27 x2.6 mm（寬 x 長 x 高），持續(xù)電流可達1 A，峰值電流5 A。如果應(yīng)用于較低的電源電壓，比如12 V系統(tǒng)內(nèi)，可輕松實現(xiàn)高達2 A的持續(xù)電流。與同一系列的其它大型控制器相比，它們在功能上毫不遜色。它們的輸入輸出選項以及編碼器接口與同系列其它產(chǎn)品完全相同。通信接口包括USB、RS232和CANopen。此外，還可以在客戶定制的主板（母板）上裝配一個緊湊型EtherCAT接口。

該控制器有兩種不同型號：帶扁平板對板連接器的MC 3001 B型控制器適合需要在一個主板上安裝多臺驅(qū)動控制器的應(yīng)用場合。MC 3001 P型控制器帶排針式連接器，連接器三側(cè)的排針間距為2.54 mm。這更適合安裝在結(jié)構(gòu)特殊的設(shè)備內(nèi)，比如實驗室的多軸自動化設(shè)備。這樣，即使是最小的FAULHABER直流電機，也能搭配尺寸和功能最適合的運動控運動控制器。

企業(yè)介紹：來自德國舍奈希的驅(qū)動技術(shù)專家
FAULHABER 致力于高精度小型和微型驅(qū)動系統(tǒng)、伺服組件以及最高輸出功率250瓦的驅(qū)動電子部件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。其中包括客戶定制的專用解決方案以及范圍齊全的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，例如無刷電機、直流微電機、編碼器和運動控制器。FAULHABER 品牌在全球被公認(rèn)為復(fù)雜和嚴(yán)苛應(yīng)用領(lǐng)域的高品質(zhì)和高可靠性的象征，如醫(yī)療技術(shù)、工廠自動化、精密光學(xué)、電信、航空航天和機器人技術(shù)。從224 mNm持續(xù)扭矩的強大直流電機到外徑為1.9mm的精巧微型驅(qū)動，F(xiàn)AULHABER標(biāo)準(zhǔn)系列有超過2500萬種組合，為特定應(yīng)用帶來最佳驅(qū)動系統(tǒng)。與此同時，這種技術(shù)上的“構(gòu)造組合”也是調(diào)整解決方案的基礎(chǔ)，從而讓我們能夠設(shè)置各種特殊版本來滿足客戶的具體需求。