微型電機(jī)可能很小,但它們對關(guān)鍵的醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用的重要性怎么強(qiáng)調(diào)都不為過。從為手術(shù)電動工具和輸液泵提供動力到座椅驅(qū)動、協(xié)作機(jī)器人和激光雷達(dá),這些技術(shù)有助于維持和改善我們的日常生活。
然而,為應(yīng)用選擇理想的微型電機(jī)并不像您想象的那么容易。工程師必須與獨(dú)特的需求、具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境、行業(yè)法規(guī)、嚴(yán)格的測試要求、多次迭代和不斷發(fā)展的設(shè)計(jì)需求作斗爭此外,還要對每種微型電機(jī)技術(shù)及其相關(guān)特性有深入的了解。考慮到選擇電機(jī)技術(shù)的許多細(xì)微差別,這里有一些需要考慮的主要因素:
1.電機(jī)精度和精度。
信不信由你,運(yùn)動控制系統(tǒng)的精度和精度是有區(qū)別的!精度是電機(jī)達(dá)到特定旋轉(zhuǎn)位置的能力,而精度是它始終如一地重復(fù)所需運(yùn)動的能力。如果您的應(yīng)用需要關(guān)于電機(jī)速度和定位的高精度反饋,那么步進(jìn)電機(jī)(如磁盤磁鐵步進(jìn)器和線性數(shù)字執(zhí)行器)可能是最佳選擇,因?yàn)樗鼈兊臉?gòu)造可提供定位精度。然而,無刷直流和有刷直流電機(jī)將需要一個編碼器來跟蹤和控制轉(zhuǎn)子的位置。
2.電機(jī)效率。
電動機(jī)的效率可以定義為機(jī)械功率輸出與電功率輸入之間的比率,由于在電到機(jī)械轉(zhuǎn)換期間經(jīng)歷的能量損失,機(jī)械輸出功率總是低于電輸入功率。不同的電機(jī)技術(shù)可以達(dá)到應(yīng)用所需的效率水平,有刷直流電機(jī)非常適合電池供電的應(yīng)用,無刷直流電機(jī)最適合在高速應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)高效率。請記住,此處描述的許多特性也會影響電機(jī)的效率(包括電機(jī)的速度、占地面積和輸出扭矩)。
3.電機(jī)足跡。
您知道您的應(yīng)用程序中有多少空間可用于運(yùn)動控制系統(tǒng)嗎?雖然每種類型的電機(jī)技術(shù)都有特定的直徑和長度選項(xiàng),但在做出最終選擇之前,您需要知道電機(jī)可用的確切空間量;從那里您可以確認(rèn)哪種微型電機(jī)技術(shù)的直徑和長度適合預(yù)期的空間。專業(yè)提示:應(yīng)用程序的可移植性是影響電機(jī)占地面積的另一個因素。如果您的應(yīng)用程序是固定的,您通常在電機(jī)的尺寸/重量方面具有更大的靈活性,而便攜式應(yīng)用程序沒有那么大的靈活性,并且必須優(yōu)先考慮這些功能-特別是對于電池供電的設(shè)備。
4.電機(jī)壽命。
確定運(yùn)動系統(tǒng)的使用壽命是選擇電機(jī)的關(guān)鍵考慮因素;您可以通過定義電機(jī)每天的運(yùn)行小時數(shù)和占空比,或者通過定義電機(jī)每天運(yùn)行的周期數(shù)和每個周期的次數(shù)來估計(jì)這一點(diǎn)。請記住,微型電機(jī)通常不會在應(yīng)用程序中連續(xù)運(yùn)行!無刷直流和步進(jìn)電機(jī)非常適合需要長壽命的應(yīng)用,因?yàn)樗鼈兪请娮訐Q向的,因此不會隨著時間的推移而磨損。對于具有機(jī)械換向系統(tǒng)的有刷直流電機(jī)而言,情況并非如此,隨著時間的推移,它確實(shí)會出現(xiàn)磨損。電機(jī)中使用的軸承類型對電機(jī)的使用壽命也有影響(雙關(guān)語)。滾珠軸承非常適合長壽命,通??商峁┏^10,000小時的使用壽命;
5.電機(jī)輸出扭矩。
扭矩是電機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力的大小,包括三個關(guān)鍵部件:磁體、繞組和磁通路徑。扭矩要求取決于應(yīng)用,重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)行期間有限時間內(nèi)的連續(xù)扭矩和峰值扭矩。根據(jù)您的應(yīng)用,有刷直流、無刷直流和步進(jìn)電機(jī)都可能滿足您的扭矩要求,因?yàn)樗鼈兙哂胁煌淖畲筮B續(xù)輸出扭矩能力;在電機(jī)上添加變速箱也可以幫助您獲得更高的輸出扭矩。
6.電機(jī)轉(zhuǎn)速。
電機(jī)速度是電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)速度的大小,它決定了軸的旋轉(zhuǎn)速度。如果您的應(yīng)用需要高速,請考慮無刷直流(BLDC)電機(jī),因?yàn)檫@些電機(jī)非常適合高速運(yùn)行。無芯有刷直流電機(jī)也可以以更高的速度運(yùn)行,但電刷會磨損得更快,從而縮短使用壽命。相比之下,電子換向步進(jìn)電機(jī)更適合以較低速度運(yùn)行。