直線電機常見問題解答匯總

houchengwen

直線電機，臺灣方言為線性馬達，英語linear motor。以下是臺灣HIWIN品牌的電機常見問題解答，與大家分享。

1. 為何要使用線性馬達，與滾珠螺桿比起來有何差異？
  　　線性馬達採用直接驅動的方式，可以減少定位系統的零件數目，降低機構復雜度，提高可靠度。
　　線性馬達的速度比滾珠螺桿快，而且當行程越長的時候，線性馬達越有利，因為線性馬達的定子採用模組式設計，可以無限連接模組，所以基本上行程不受限制。滾珠螺桿行程長則會有下垂的問題。
　　線性馬達因為直接驅動所以沒有背隙的問題。

2. 哪種形式較適合我的應用呢？

  　　大推力，點對點運動，基本上推薦LMS系列，要更大推力，則可以選用LMT系列，但是機構空間會需求比較多。
　　零件重量輕，需要特別平滑的掃描運動，電子業、半導體業，可以使用LMC系列，體積小、加減速高。當然點對點運動也是絕對沒有問題的。
　　我們提供上述不同型式的標準化的定位平臺，如果您對於單獨的線性馬達元件、動子、定子已經有應用經驗，我們也可以單出元件，我們也會提供組裝的注意事項，光學尺搭配的方式及機構的設計建議供您參考。
　　對於特殊應用，我們也可以提供例如空氣軸承的特製平臺，達到奈米級的定位控制。
3. 直線度大約多少呢？
  　　以鋁材質基座為例，每300mm正負0.01mm

4. 垂直度可達多少呢？
  　　正負10 arc sec

5. 精度呢？
  　　一般而言精度是依行程不同而不同，隨著行程加大而變大，基本上可以按照下述公式計算：(30/1000) x STROKE(mm) + 5 MICRON
　　雖然精度會隨著長度變長而變大，但是如果可以利用溫控讓精度延著行程的變化不發生很大的變動，一般而言可以利用補償的方式來進一步提升精度，我們也可以提供這方面的方法供客戶自行參考以加強精度性能。
6. 重現精度呢？
  　　一般大約可以在正負1 micron以內。

7. 解析度多少？
  　　可以搭配各種位置回饋系統，1micron的數位式光學尺最為普遍。當然也可以選擇例如0.1micron的數位光學尺，但要注意運動控制卡是否可以支援高速運動，如果想兼顧高解析和高速度運動的話，可以選擇類比式的弦波光學尺。以40micron的類比尺而言，搭配適當的驅動器或控制器解析到數十個奈米都沒有問題。

8. 有誰在使用？
  　　點膠機、雷射LCD修補機、雷射切割機、水刀應用、TFT面板檢測機、PCB雷射檢測、蛇腹壽命測試機、PCB板光學檢測機、PCB鉆孔機、安全帶加速度測試機、晶圓搬送手臂、光罩檢查設備、LCD裸片檢查機、CCD鏡頭上件機。
　　實際已經使用在臺灣、日本、韓國、中國、德國、奧地利、瑞士、泰國等國家。

9. 速度最快多快？ 最慢多慢？
  　　高速運動除了受行程的影響之外，負載、馬達推力所造成的加減速都是關鍵。實際上以測試過的經驗來講，最快跑到4m/s并沒有問題。但是必須考慮滑軌，跑線槽等週邊的搭配。
　　 低速運動基本上并沒有特殊限制，只要運動控制器可以支援，基本上每秒要跑數個微米都應該沒有問題。

10. 速度穩定性如何？
  　　通常會要求速度穩定性的應用會以速度漣波來衡量好壞，這個性能主要依存於馬達本身的特性，例如頓力，還有滑軌以及纜線還有跑線槽的特性。LMC系列的馬達特別適合於這樣的需求。
以線性滑軌組成的LMC平臺而言，在速度100-400mm/s之下，一般可以達到1.5%以內。
如果需要更好的穩定性，則必須採用LMC搭配空氣軸承，在60-150mm/s的速度下，可以達到1%以內。
11. 線性馬達在控制上與旋轉型的AC伺服馬達有什麼不同？
  　　基本上控制的方式大同小異，例如採用脈波控制的話，運動控制卡依然是送脈波到驅動器去，此外如果是速度模式或電流模式(或稱轉矩或力量模式)也一樣由運動控制器送出電壓到驅動器。不同的是，控制線性馬達時，不須再有繁復的轉換計算，減速比等計算，只要直接以運動方向的距離來思考，計算即可，設定也是直接用運動方向的加速度及速度即可。

12. 發熱問題？
  　　任何馬達皆有發熱問題伴隨，在設計階段就要考慮這個問題，發熱主要來自加減速度，如果加減速度所需的電流都維持在馬達及驅動器的連續電流之下，則不會有嚴重的發熱問題。
　　如果在加減速的過程中，有短暫的打大電流的需求，則必須在作運動規劃的階段就考慮等效推力，視實際需求，加入暫停運動的時間。
　　另外如果馬達持續推擠工作物的電流大於上述的連續電流，也要注意過熱問題。
　　一般而言，LMS馬達的構造有利於散熱，而LMC馬達的線圈比較沒有足夠的散熱空間，所以在設計運動系統時，必須考慮馬達結構的散熱特性。

13. 可以加水冷嗎？
  　　LMS、LMT型馬達可以加。有關熱的設計，請提供負載，運動速度，加速度，休息時間等資料給我們，我們可以提供更詳細的計算，以完成最佳的系統設計。
14. 真空中可以使用嗎？
  我們的LMC系列馬達具有實際搭配真空艙達2.4x10-5 Torr的實績，并經過客戶實際cycle run 24小時以上的測試，因為使用的材質特殊，有需求請與我們聯絡。

15. 潔凈室可以使用嗎？使用的環境如何？
  　　一般而言潔凈室等級1000都沒有問題，如果有更高的需求，請洽本公司。至於一般的使用環境，必須沒有油污、沒有水氣、無嚴重粉塵的環境。如果有特殊的環境需求，請洽本公司。
16. 壽命多長？
  　　線性馬達本身主要由線圈及永久磁鐵構成。所以正常使用下并無壽命問題，但是搭配的線性滑軌、纜線、跑線槽等等卻都是消耗性的，所以壽命是受限於這些零件及材料。一般正常使用而言，五年應該沒有問題。

17. 馬達是幾瓦？
  　　由於線性馬達是用線性運動方向的力量來計算的，所以選用的時候是以加速度、速度、推力來計算的，并不適合用瓦數來選用。
　　以功率來講，目前我們的馬達都在2kW以下。

18. 可載多重？
  　　馬達只是提供定位系統中一個力量的來源而已，搭載重量主要依存於加速度的需求，越大的質量會對滑軌或空氣軸承造成更大的負荷，對滑軌而言也會加大摩擦力，對於這個問題并無法有統一的答案，一般而言對LMS馬達來講，不要超過150kg，對LMC馬達而言，不要超過30kg的設計比較合理。當然如果對加減速度不特別要求的話，只要軸承可以承受的范圍內，加大負載也不是完全不可以的。端視使用者的需求。
19. 線性馬達可否當Z軸使用，或者斜放使用？
  　　可以，但必須考慮負載大小、傾斜角度，并視需求提供特殊的配重的機構，以及數位霍爾元件來搭配。
20. 推力有多少？
  　　LMS的瞬間推力可高達1900N；LMT的瞬間推力可高達2710N；LMC的瞬間推力可高達585N。
21. 價格與滾珠螺桿相比如何？
  　　目前線性馬達的價格比滾珠螺桿稍貴
22. 行程可以多長？
  　　基本上不受限制，因為採用接的方式，實際上如果是整組定位平臺的話，有4米長的實績.
23. 需不需要軸卡？
  　　依照搭配的驅動器，可以搭也可以不搭，如果採用Copley的Xenus驅動器也可以有獨立的運動功能，只要用簡單的I/O就可以下達預設的運動指令，可以不用搭配軸卡。
24. 可以採用絕對式光學尺嗎？
  　　可以，但是搭配的驅動器和控制器要特別選擇。

25. 安定時間多快？
  　　由於安定時間牽涉的原因非常多，包括負載的大小、負載的姿勢、增益的調整、整定框的大小、行程的長短等等，通常都必須各案討論。在這裡只能列出實際以我們的線性馬達的測試結果當參考。
馬達型號 負載(kg) 行程(mm) 整定框(正負micron) 安定時間 (sec)
LMCA3 4.4 10 5 0.2
LMCA4 1 3 0.5 0.24
LMCB5 1 400 1 0.5
LMCB5 16 2.2 0.5 0.45
LMCB6 40 2.2 1 0.38
LMC28 20 1 2 0.07

26. 不加光學尺可以嗎？
  　　由於我們提供的線性伺服馬達都屬於高精度定位用途，結構上一定需要位置回饋系統來提供整體控制上的換相以及定位精度的目的，因此一般都需要搭配光學尺才可以達到功能需求。如果精度要求不是很高，也可以選擇搭配磁性尺。請與我們聯絡

fyd-dada

學習了，謝謝樓主

yangxiaoguang

謝謝了，學習！！

houchengwen

共同學習 2# fyd-dada

努力學習者

學習了，謝謝樓主的分享！很詳細！

笑看風烈

學習了 看得很明白 不過我短時期內沒有機會應用

自動機

很好的資料，但價格比滾珠螺桿稍貴可能也會限制其應用

liqichen2004

公司用的激光雕刻機是德國的，絲杠長度是3米5，驅動是步進電機，對每一步的移動距離精度要達到微米級，不知道能否改用直線電機？壽命怎么樣？全年工作，基本不停的。

鈑金準專家

越是要求定位精度高用直線電機的優勢越明顯

chunqiu_1981

我們現在是自己做電機，不過看了，還是學了不少東西