1. 步進電機
· 工作原理:將電脈沖信號轉換成角位移。每輸入一個脈沖,電機就按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為“步距角”,如1.8°)。它依靠定子繞組按順序通電產生的磁場吸引永磁轉子來工作。
· 特點:
· 開環控制:通常無需位置反饋,系統簡單、成本低。
· 缺點:存在“丟步”風險(當負載轉矩超過電機輸出轉矩時,電機實際轉動的步數少于脈沖數,且系統無法自知);低速時可能振動;高速扭矩下降快。
· “細分”驅動技術:
· 這不是一種獨立的電機,而是步進電機的一種先進驅動方式。
· 目的:通過驅動器將電機的一個整步電流波形,分割成多個微小的階梯波形,從而使電機轉子可以平滑地停在兩個整步之間的位置。
· 主要好處:
1. 提高運行平滑性,顯著減小低速振動和噪音。
2. 提高分辨率(例如,將1.8°的步距角通過16細分,實現每步0.1125°的效果)。
· 需要注意:細分主要提升的是平穩性和分辨率,并不能直接大幅提升定位精度或扭矩(實際精度仍受機械結構和丟步限制)。
2. 伺服電機
· 工作原理:一個典型的半閉環控制系統。由伺服電機、編碼器(反饋裝置)和伺服驅動器組成。驅動器接收來自控制器的位置/速度指令,同時實時讀取編碼器反饋的實際位置/速度,通過PID等算法不斷比較和調整輸出給電機的電流(轉矩),直至消除誤差。
· 特點:
· 閉環控制:永不丟步(過載時會報警保護),精度高,動態響應極快(能迅速達到指令要求)。
· 高性能:在額定轉速內能輸出恒定轉矩,過載能力強。
· 需要調試:參數整定對性能影響大。
3. 直線電機
· 工作原理:可以理解為將旋轉伺服電機沿徑向剖開并展平。定子變為“初級線圈”(動子),轉子變為“次級磁軌”(定子)。通電后,初級線圈直接在磁場中產生直線推力,無需任何旋轉到直線的轉換機構(如絲杠、齒輪齒條)。
· 特點:
· 直接驅動:無背隙、無磨損、無彈性形變,精度和剛度理論上無限高(實際受反饋和控制限制)。
· 極高動態性能:速度極快(>10m/s),加速度極高(>10G)。
· 高成本:包括昂貴的磁軌和高分辨率直線反饋系統(如光柵尺)。
· 需要解決:強磁吸力(對安裝要求高)、散熱、防塵等問題。
綜上所述:直線電機是最理性控制方式,但價格極其昂貴,市場無法大規模推廣,目前只有高端慢絲采用;次選伺服電機,其切割精度還需過硬的機械部分;預算投資不多亦可選口碑好的步進電機廠家;
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