配套的直流微型驅(qū)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)控制器

選擇合作伙伴要謹(jǐn)慎。體積小、功率大的直流電機(jī)在集成化程度不斷提高的系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。從醫(yī)療和實(shí)驗(yàn)室技術(shù)到航天、機(jī)器人、光學(xué)和光電學(xué)、以及工業(yè)機(jī)械和設(shè)備領(lǐng)域，這類電機(jī)在眾多應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)都是理想的驅(qū)動(dòng)技術(shù)。

但只有在和減速箱、編碼器以及運(yùn)動(dòng)控制器等其它部件組合的情況下，它們才能真正構(gòu)成適合應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)或定位系統(tǒng)。為了確保運(yùn)行可靠性，正確選擇配套部件至關(guān)重要。所有部件都必須與電機(jī)兼容，并符合技術(shù)要求。如果選擇了錯(cuò)誤的控制器，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致電機(jī)損壞。

在為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選擇運(yùn)動(dòng)控制器時(shí)，應(yīng)該先回答幾個(gè)重要的問(wèn)題。比如，最基本的是需要執(zhí)行什么樣的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，以及對(duì)電機(jī)控制器有哪些要求？驅(qū)動(dòng)裝置是采用持續(xù)工作還是啟停模式？是否需要實(shí)現(xiàn)精確定位？驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載類型？負(fù)載周期如何？需不需要減速箱？哪種電機(jī)最適合應(yīng)用需求？根據(jù)以上問(wèn)題的答案即可完成運(yùn)動(dòng)控制器的選型。運(yùn)動(dòng)控制器和電機(jī)絕不可隨意搭配，這一點(diǎn)不容忽視。尤其是直流微電機(jī)的設(shè)計(jì)獨(dú)特，因此它們有特殊的要求。

過(guò)熱風(fēng)險(xiǎn)

FAULHABER直流微型電機(jī)和微電機(jī)的核心部件是獲得專利的，自承式、無(wú)鐵芯、斜繞型轉(zhuǎn)子線圈，它采用電刷換向，并圍繞著一個(gè)固定的磁體旋轉(zhuǎn)。由于外形像鐘，該電機(jī)通常也被稱為鐘形電樞電機(jī)。它的設(shè)計(jì)不僅具有實(shí)用的特點(diǎn)，還決定了運(yùn)動(dòng)控制器的選擇。

由于氣隙對(duì)稱，它不會(huì)形成齒槽轉(zhuǎn)矩，這也確保精密的定位和優(yōu)異的調(diào)速控制。負(fù)載和轉(zhuǎn)速、電流和轉(zhuǎn)矩、電壓和轉(zhuǎn)速之間保持線性關(guān)系由于繞組的尺寸幾乎占到整個(gè)電機(jī)的直徑，因此相對(duì)于它們體積和重量，該類電機(jī)能夠比傳統(tǒng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)更高的效率和轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子的低慣量還確保極低的電氣時(shí)間常數(shù)。因此這類電機(jī)具有高動(dòng)態(tài)和可承受高負(fù)載的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于伺服應(yīng)用來(lái)說(shuō)，只要電機(jī)繞組的溫度得到監(jiān)控，通常均可在過(guò)載模式下實(shí)現(xiàn)三倍的持續(xù)轉(zhuǎn)矩。但由于空間有限，直徑不超過(guò)22 mm的電機(jī)不帶內(nèi)置溫度傳感器。 所以如果微電機(jī)只是與任意一臺(tái)控制器組合，那么在最嚴(yán)重的情況下繞組可能被完全燒毀。

FAULHABER運(yùn)動(dòng)控制器專門(mén)針對(duì)微型驅(qū)動(dòng)和微驅(qū)動(dòng)研制，并在真實(shí)工作條件下經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，因此可以有效避免類似問(wèn)題。它們通過(guò)復(fù)雜的建模計(jì)算，為相應(yīng)電機(jī)型號(hào)“預(yù)測(cè)”繞組溫度。這意味著可以充分利用電機(jī)的全部動(dòng)態(tài)潛力，比如用于快速定位。在繞組溫度過(guò)高前可及時(shí)降低電流。通過(guò)FAULHABER Motion Manager軟件的“電機(jī)選型對(duì)話窗”，可以將參數(shù)輕松傳輸?shù)津?qū)動(dòng)控制器。

通過(guò)保存在控制器內(nèi)的模型可以對(duì)應(yīng)用內(nèi)部的熱學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，達(dá)到改善控制器的目的。電機(jī)的冷卻效果如何？在高環(huán)境溫度下是否需要限制功率。是否安裝了減速箱和編碼器？以在人工氣候室內(nèi)循環(huán)工作的驅(qū)動(dòng)裝置為例，電機(jī)控制器通過(guò)保存的模型對(duì)人工氣候室控制器內(nèi)的環(huán)境溫度參數(shù)進(jìn)行跟蹤，從而利用這些附加信息，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的最大功率。在負(fù)載周期明確的情況下，也是如此。電機(jī)的設(shè)計(jì)體積可以縮小，尤其是應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備上時(shí)這具有很大的優(yōu)勢(shì)。

雖然低電氣時(shí)間常數(shù)有利于動(dòng)態(tài)過(guò)程，但驅(qū)動(dòng)控制器內(nèi)常見(jiàn)的脈寬調(diào)制（PWM）卻可能導(dǎo)致額外損失。FAULHABER無(wú)芯電機(jī)的典型電氣時(shí)間常數(shù)約為10 μs。如果PWM頻率低于50 kHz，在很多情況下就已無(wú)法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品參數(shù)表內(nèi)的持續(xù)轉(zhuǎn)矩，否則電機(jī)可能出現(xiàn)過(guò)熱。這也是為什么在選擇電機(jī)控制器的時(shí)候要確保足夠高的PWM頻率的原因。對(duì)于FAULHABER運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)說(shuō)，該值在78–100 kHz范圍內(nèi)（實(shí)際值取決于具體型號(hào)）。根據(jù)調(diào)制類型，作用于電機(jī)的頻率最高可達(dá)200 kHz，這完全符合小型電機(jī)的要求。

功率強(qiáng)大體積小

雖然已經(jīng)過(guò)多年的試驗(yàn)和測(cè)試，MC V3.0系列運(yùn)動(dòng)控制器受其體積以及內(nèi)置電機(jī)電流測(cè)量分辨率的影響，對(duì)FAULHABER微電機(jī)的可應(yīng)用性有限。新型MC 3001 B/P應(yīng)運(yùn)而生。無(wú)論從體積還是電流測(cè)量分辨率來(lái)說(shuō)，它都是第一款真正適合小型伺服驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)控制器。該運(yùn)動(dòng)控制器的最高電源電壓為30 V，體積16 x 27 x 2.6 mm（寬 x 長(zhǎng) x 高），持續(xù)電流可達(dá)1 A，峰值電流5 A。如果應(yīng)用于較低的電源電壓，比如12 V系統(tǒng)內(nèi)，可輕松實(shí)現(xiàn)高達(dá)2 A的持續(xù)電流。與同一系列的其它大型控制器相比，它們?cè)诠δ苌虾敛贿d色。它們的輸入輸出選項(xiàng)以及編碼器接口與同系列其它產(chǎn)品完全相同。通信接口包括USB、RS232和CANopen。此外，還可以在客戶定制的主板（母板）上裝配一個(gè)緊湊型EtherCAT接口。

該控制器有兩種不同型號(hào)：帶扁平板對(duì)板連接器的MC 3001 B型控制器適合需要在一個(gè)主板上安裝多臺(tái)驅(qū)動(dòng)控制器的應(yīng)用場(chǎng)合。MC 3001 P型控制器帶排針式連接器，連接器三側(cè)的排針間距為2.54 mm。這更適合安裝在結(jié)構(gòu)特殊的設(shè)備內(nèi)，比如實(shí)驗(yàn)室的多軸自動(dòng)化設(shè)備。這樣，即使是最小的FAULHABER直流電機(jī)，也能搭配尺寸和功能最適合的運(yùn)動(dòng)控制器