直线电机常见问题解答汇总

houchengwen

直线电机，台湾方言为线性马达，英语linear motor。以下是台湾HIWIN品牌的电机常见问题解答，与大家分享。

1. 为何要使用线性马达，与滚珠螺桿比起来有何差异？
　　线性马达採用直接驱动的方式，可以减少定位系统的零件数目，降低机构复杂度，提高可靠度。
　　线性马达的速度比滚珠螺桿快，而且当行程越长的时候，线性马达越有利，因为线性马达的定子採用模组式设计，可以无限连接模组，所以基本上行程不受限制。滚珠螺桿行程长则会有下垂的问题。
　　线性马达因为直接驱动所以没有背隙的问题。

2. 哪种形式较适合我的应用呢？

　　大推力，点对点运动，基本上推荐LMS系列，要更大推力，则可以选用LMT系列，但是机构空间会需求比较多。
　　零件重量轻，需要特别平滑的扫描运动，电子业、半导体业，可以使用LMC系列，体积小、加减速高。当然点对点运动也是绝对没有问题的。
　　我们提供上述不同型式的标準化的定位平台，如果您对於单独的线性马达元件、动子、定子已经有应用经验，我们也可以单出元件，我们也会提供组装的注意事项，光学尺搭配的方式及机构的设计建议供您参考。
　　对於特殊应用，我们也可以提供例如空气轴承的特製平台，达到奈米级的定位控制。
3. 直线度大约多少呢？
　　以铝材质基座为例，每300mm正负0.01mm

4. 垂直度可达多少呢？
　　正负10 arc sec

5. 精度呢？
　　一般而言精度是依行程不同而不同，随著行程加大而变大，基本上可以按照下述公式计算：(30/1000) x STROKE(mm) + 5 MICRON
　　虽然精度会随著长度变长而变大，但是如果可以利用温控让精度延著行程的变化不发生很大的变动，一般而言可以利用补偿的方式来进一步提升精度，我们也可以提供这方面的方法供客户自行参考以加强精度性能。
6. 重现精度呢？
　　一般大约可以在正负1 micron以内。

7. 解析度多少？
　　可以搭配各种位置回馈系统，1micron的数位式光学尺最为普遍。当然也可以选择例如0.1micron的数位光学尺，但要注意运动控制卡是否可以支援高速运动，如果想兼顾高解析和高速度运动的话，可以选择类比式的弦波光学尺。以40micron的类比尺而言，搭配适当的驱动器或控制器解析到数十个奈米都没有问题。

8. 有谁在使用？
　　点胶机、雷射LCD修补机、雷射切割机、水刀应用、TFT面板检测机、PCB雷射检测、蛇腹寿命测试机、PCB板光学检测机、PCB钻孔机、安全带加速度测试机、晶圆搬送手臂、光罩检查设备、LCD裸片检查机、CCD镜头上件机。
　　实际已经使用在台湾、日本、韩国、中国、德国、奥地利、瑞士、泰国等国家。

9. 速度最快多快？ 最慢多慢？
　　高速运动除了受行程的影响之外，负载、马达推力所造成的加减速都是关键。实际上以测试过的经验来讲，最快跑到4m/s并没有问题。但是必须考虑滑轨，跑线槽等週边的搭配。
　　 低速运动基本上并没有特殊限制，只要运动控制器可以支援，基本上每秒要跑数个微米都应该没有问题。

10. 速度稳定性如何？
　　通常会要求速度稳定性的应用会以速度涟波来衡量好坏，这个性能主要依存於马达本身的特性，例如顿力，还有滑轨以及缆线还有跑线槽的特性。LMC系列的马达特别适合於这样的需求。
以线性滑轨组成的LMC平台而言，在速度100-400mm/s之下，一般可以达到1.5%以内。
如果需要更好的稳定性，则必须採用LMC搭配空气轴承，在60-150mm/s的速度下，可以达到1%以内。
11. 线性马达在控制上与旋转型的AC伺服马达有什麼不同？
　　基本上控制的方式大同小异，例如採用脉波控制的话，运动控制卡依然是送脉波到驱动器去，此外如果是速度模式或电流模式(或称转矩或力量模式)也一样由运动控制器送出电压到驱动器。不同的是，控制线性马达时，不须再有繁复的转换计算，减速比等计算，只要直接以运动方向的距离来思考，计算即可，设定也是直接用运动方向的加速度及速度即可。

12. 发热问题？
　　任何马达皆有发热问题伴随，在设计阶段就要考虑这个问题，发热主要来自加减速度，如果加减速度所需的电流都维持在马达及驱动器的连续电流之下，则不会有严重的发热问题。
　　如果在加减速的过程中，有短暂的打大电流的需求，则必须在作运动规划的阶段就考虑等效推力，视实际需求，加入暂停运动的时间。
　　另外如果马达持续推挤工作物的电流大於上述的连续电流，也要注意过热问题。
　　一般而言，LMS马达的构造有利於散热，而LMC马达的线圈比较没有足够的散热空间，所以在设计运动系统时，必须考虑马达结构的散热特性。

13. 可以加水冷吗？
　　LMS、LMT型马达可以加。有关热的设计，请提供负载，运动速度，加速度，休息时间等资料给我们，我们可以提供更详细的计算，以完成最佳的系统设计。
14. 真空中可以使用吗？
我们的LMC系列马达具有实际搭配真空舱达2.4x10-5 Torr的实绩，并经过客户实际cycle run 24小时以上的测试，因为使用的材质特殊，有需求请与我们联络。

15. 洁净室可以使用吗？使用的环境如何？
　　一般而言洁净室等级1000都没有问题，如果有更高的需求，请洽本公司。至於一般的使用环境，必须没有油污、没有水气、无严重粉尘的环境。如果有特殊的环境需求，请洽本公司。
16. 寿命多长？
　　线性马达本身主要由线圈及永久磁铁构成。所以正常使用下并无寿命问题，但是搭配的线性滑轨、缆线、跑线槽等等却都是消耗性的，所以寿命是受限於这些零件及材料。一般正常使用而言，五年应该没有问题。

17. 马达是几瓦？
　　由於线性马达是用线性运动方向的力量来计算的，所以选用的时候是以加速度、速度、推力来计算的，并不适合用瓦数来选用。
　　以功率来讲，目前我们的马达都在2kW以下。

18. 可载多重？
　　马达只是提供定位系统中一个力量的来源而已，搭载重量主要依存於加速度的需求，越大的质量会对滑轨或空气轴承造成更大的负荷，对滑轨而言也会加大摩擦力，对於这个问题并无法有统一的答案，一般而言对LMS马达来讲，不要超过150kg，对LMC马达而言，不要超过30kg的设计比较合理。当然如果对加减速度不特别要求的话，只要轴承可以承受的范围内，加大负载也不是完全不可以的。端视使用者的需求。
19. 线性马达可否当Z轴使用，或者斜放使用？
　　可以，但必须考虑负载大小、倾斜角度，并视需求提供特殊的配重的机构，以及数位霍尔元件来搭配。
20. 推力有多少？
　　LMS的瞬间推力可高达1900N；LMT的瞬间推力可高达2710N；LMC的瞬间推力可高达585N。
21. 价格与滚珠螺桿相比如何？
　　目前线性马达的价格比滚珠螺桿稍贵
22. 行程可以多长？
　　基本上不受限制，因为採用接的方式，实际上如果是整组定位平台的话，有4米长的实绩.
23. 需不需要轴卡？
　　依照搭配的驱动器，可以搭也可以不搭，如果採用Copley的Xenus驱动器也可以有独立的运动功能，只要用简单的I/O就可以下达预设的运动指令，可以不用搭配轴卡。
24. 可以採用绝对式光学尺吗？
　　可以，但是搭配的驱动器和控制器要特别选择。

25. 安定时间多快？
　　由於安定时间牵涉的原因非常多，包括负载的大小、负载的姿势、增益的调整、整定框的大小、行程的长短等等，通常都必须各案讨论。在这裡只能列出实际以我们的线性马达的测试结果当参考。
马达型号 负载(kg) 行程(mm) 整定框(正负micron) 安定时间 (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. 不加光学尺可以吗？
　　由於我们提供的线性伺服马达都属於高精度定位用途，结构上一定需要位置回馈系统来提供整体控制上的换相以及定位精度的目的，因此一般都需要搭配光学尺才可以达到功能需求。如果精度要求不是很高，也可以选择搭配磁性尺。请与我们联络

fyd-dada

学习了，谢谢楼主

yangxiaoguang

谢谢了，学习！！

houchengwen

共同学习2#fyd-dada

努力学习者

学习了，谢谢楼主的分享！很详细！

笑看风烈

学习了 看得很明白 不过我短时期内没有机会应用

自动机

很好的资料，但价格比滚珠螺桿稍贵可能也会限制其应用

liqichen2004

公司用的激光雕刻机是德国的，丝杠长度是3米5，驱动是步进电机，对每一步的移动距离精度要达到微米级，不知道能否改用直线电机？寿命怎么样？全年工作，基本不停的。

钣金准专家

越是要求定位精度高用直线电机的优势越明显

chunqiu_1981

我们现在是自己做电机，不过看了，还是学了不少东西