直线电机应用知识：磁栅与光栅的特点及不同应用的要求

文章来源：东莞希思克传动科技有限公司    发布日期：2023-6-26    浏览：302次

直驱是指直接驱动，是新型的电机直接和运动执行部分结合，即电机直接驱动机器运转，没有中间的机械环节，相对常规驱动技术他使控制环节可获得极高增益，其反馈亦是检测最终的位置避免了传动环节的耦合误差和扰动，具有静态精度高动态性能好的优势。直接驱动技术的优点是摩擦小、维护工作量小和生产效率高。

典型的直接驱动技术的应用包括，以直线电机为核心驱动元件的直接运动部件和以力矩电机为核心驱动元件的回转运动元件（引自百度词条）。直驱的核心包括驱动部分和位置反馈（感知）部分，驱动部分/执行部分包括动子、定子、线圈等，位置反馈感知部分包括磁栅、光栅、容栅等，结构可以是线性测量的，也可以是角度测量的。

一个完整的直驱部件，包括执行部分（线圈、磁钢、压电瓷片等）、位置反馈部分和驱动部分（驱动器），首先需要了解伺服驱动器如何使用位置反馈数据。

在伺服驱动器里（直线电机或普通伺服电机），光栅尺数据分别去往电流环，速度环、3部分，在电流环里编码器数据被用来确认动子和定子的相对位置确认磁场施加的正确位置，通常电流环的pwm发生器是10位分辨率即可，通常的只想电机磁截距20毫米以上，因此电流环只要满足在20毫米的范围内能够有10位的有效分辨率就好了，折合电流环需要的分辨率约20000/1000=20微米，保守下10微米就够了。在速度环中，编码器数据用来确认当前动定子的相对速度，通常电流环频率是每秒10k次或更低，速度环是电流环的四分之一（2.5k）或一半（5k），在每次速度闭环中必需保证能够有效的得到足够多的数据（至少能够得到1个数据）才能保证速度环的PI输出是稳定的，如果用1微米的分辨率，那么最低速度是2.5mm/s，低于这个速度将导致运行的不平顺（电流环比例积分波动巨大），这是极限情况，通常速度环周期需要更多的脉冲来满足速度的平顺度，通常需要直线电机位置环的定位精度是微米级，因此位置环一般微米级就够了，通常位置环的需要的分辨率是需要的重复定位精度的2-5倍，如果重复是2微米，那么位置环的光栅尺分辨率要1微米或0.5微米。对于只需要最终定位的应用场合，不考虑中间的运行平稳的场合（机床加工、3D打印、线切割），就需要很高的分辨率，保证刀具的寿命，加工的表面效果。

磁栅鲁棒性好抗污染能力强行程大但是精度、分辨率和细分误差要比光栅要差，光栅的抗污染弱项。

对精度要求较高而且控制的中间状态也很平稳的场合，例如：半导体行业的生产和测量设备、PCB电路板组装机、高精度机床、3D打印、线切割以及测量机等应用只有光栅和个别高性能磁栅可以胜任。

对于超精密的应用，如精密半导体加工只有衍射光栅可以胜任。

对抗污染要求高的场合，如机器人抓取、送料等可选用磁栅和低成本光栅。

对抗冲击要求高的场合，优先考虑磁栅和钢带栅尺的开放式光栅尺。

对不允许使用铁磁材料的场合，如用于检测微电子电路的电子束显微镜应用上只能选择光栅。

对成本要求高的场合，优先考虑使用磁栅。

相关文章阅读推荐：关于直线导轨测量误差，你必须要了解这3点！