关于线性伺服驱动

1. 关于线性伺服驱动 安川电机（上海）有限公司 　　　　　市場部 　２００７年　３月　３０日 　　　作馬　淳一郎

2. 1 线性马达的动作原理 线性马达是把如图所示的旋转型马达的定子和转子展开，通过在转子的接线方向产生的电磁力，使之产生推力的电气机械。 特点 直接驱动负载，从高速到低速，速度范围广，定位精度高。 马达自身为刚性，直接驱动负载，所以机械整体的刚性提高。 运行声音为安静。

3. 滚珠丝杆驱动 线性驱动 构造 可動子 比较项目 固定子 １．高速化 有课题 容易 ２．加速度 受马达，负载以外的影响 只通过马达、负载决定 ３．定位精度 难提高 易提高 ４．行程 有制约 无制约 1个定子上设计了复数的转子，简单的构成可以进 行多样的动作 ５．扩张性 1个滚珠丝杆只有一个动作 ６．高速时噪音 大 小 ７．维护 需要定期的维护 不需要维护 ８．环境 难确保干净的环境 易确保干净的环境 ９．产生热量对定位精度的影响 大 小 2 与旋转型马达驱动的比较

4. 2.1 关于速度 滚珠丝杆驱动 线性马达驱动 直接驱动负载，所以没有速度的限制要素、容易实现高速化 高速的话，各个部分会有共振，发热的问题 支撑轴承 支撑轴承 转子 定子 螺母

5. 滚珠丝杆驱动 线性马达驱动 转矩 ＪＬ＝负载惯量 ＪＢ＝滚珠丝杆惯量 ＪＣ＝联轴器惯量 ＪＭ＝马达惯量 推力 加速度＝ 加速度＝ Ｍ＝负载质量 ｍ＝马达转子质量 ＪＬ＋ＪＢ＋ＪＣ＋ＪＭ 　　Ｍ＋ｍ 即使减轻负载，加速度的提高率也比较小。 减轻负载，加速度大幅提高 负载 负载 滚珠丝杆 联轴器 2.2 关于加速度

6. 滚珠丝杆驱动 线性马达驱动 ・由半闭环驱动负载 ・存在扭曲，反向间隙 全闭环中直接驱动负载 目标与实际的位置容易产生误差 能够达到超微定位 　　　　　（根据传感器分辨率） 支撑轴承 （反向间隙） 支撑轴承 （反向间隙） 线性编码器（光栅尺） 滚珠丝杆、螺母 （扭曲、反向间隙） 联轴器 （扭曲、反向间隙） 线性编码器　（磁头） 2.3 关于定位精度

7. 滚珠丝杆驱动 线性马达驱动 行程延长 （丝杆延长） 行程延长 （定子的增设） イナーシャ増加 限界速度低下 剛性低下 伺服性能不变 伺服性能低下 状态无变化 2.4 关于行程

8. 滚珠丝杆驱动 线性马达驱动 在同轴上使之进行多样动作 在同轴上使之进行多样动作 需要复数的传送单元 　・成本大幅提高 　・在设置范围内非可动部分所占的比例增大 设置复数转子 　・简单构成 　・每个转子的行程增大 容易提高生产 2.5 关于扩张性

9. 滚珠丝杆驱动 线性马达驱动 机械的接触部分很多，特别是在螺母部分，滚珠在循环沟发生冲突 没有机械的接触部分 噪音极其小 高速运行时容易发生很大噪音 支撑轴承 支撑轴承 间隙 滚珠丝杆、螺母 2.6 关于噪音

10. 滚珠丝杆驱动 线性马达驱动 机械的接触部分很多，所以针对润滑・ 磨损需要做定期的维护 没有机械接触部分 不需要维护 间隙 支撑轴承 支撑轴承 滚珠丝杆、螺母 2.7 关于维护

11. 滚珠丝杆驱动 线性马达驱动 由于接触部的旋转，所加入的润滑油会飞散，要实现干净整洁的作业环境相当难 没有旋转部分，所以不存在润滑油飞散，很容易实现干净整洁的作业环境 支撑轴承 支撑轴承 滚珠丝杆、螺母 2.8 关于环境问题

12. 2.9 关于热的影响 滚珠丝杆驱动 线性马达驱动 ・马达产生的热 ・由于滚珠丝杆螺母部的磨擦产生的热， 滚珠丝杆会膨胀，定位精度会有偏移 马达虽然产生热量，但它极少向外围导 热，所以可以保持高精度 支撑轴承 支撑轴承 热 热 滚珠丝杆、螺母

13. 3.1 Linear Σ 系列构造

14. 3.1 Linear Σ 系列构造

15. 3.1 Linear Σ 系列构造

16. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＳＧＤＳ/ＳＧＤＨ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＳＧＤＳ/ＳＧＤＨ 霍尔传感器要→霍尔传感器的部分 转子变长 磁极检测 模拟量输出类型 　　　　　　　　　　　　　　　　　　→电源ON，既可运行 编码器类型根据霍尔传感器 串行转换单元要 4线性伺服驱动的系统构成 YASKAWA 模拟量输出 编码器 ＋ 霍尔传感器 驱动器　ＳＧＤＳ／ＳＧＤＨ 　　・模拟、脉冲列指令 　　・通信（ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ－ Ⅱ） 选项单元 ・ＪＵＳＰ－ＮＳ１１５ 霍尔传感器 定子 串行转换单元 转子 线性编码器 （模拟量输出）

17. 串行转换单元 ＳＧＤＨ形/ＳＧＤＳ驱动器 YASKAWA 3.5inch FD 霍尔传感器 霍尔传感器输出信号 串行信号 串行 转换单元 编码器　模拟量输出信号 编码器（磁头）　 4.1关于串行转换单元

18. 7.2 选型的要点 7.2.1 选型步骤 1） 负载各种因素的把握 8） 容量选定确定 2） 速度曲线的做成 3） 容量暂选 9） 温度上升推测 4） 综合负载质量计算 10） 吸引力计算 5） 所要起动推力计 11） 回生能力确认 6） 所要制动推力计算 7） 实效推力计算

19. 7.2 选型的要点 1） 负载各元素的掌握

20. 7.2 选型的要点

21. 7.2 选型的要点

22. 7.2 选型的要点 9） 温度上升推测 马达选型软件Sigma Size+中有关于线性马达使用条件下计算温度上升值的菜单。 输入散热片（工作台） 的材质和尺寸， 就会计算在实效推力 各部的温度上升值

23. 7.2 选型的要点 10） 吸引力计算 在马达选型软件Sigma Size+中，有关于F型线性马达计算吸引力的大小的菜单。

24. ① 关于速度曲线 ② 关于最高速度 7.2 选型的要点 12） 有关速度的注意点 速度 速度 实效推力大 实效推力小 加速度小 恒速大 加速度大 恒速小 在一定时间反复行走一定距离的速度曲线时，比起加快加速度，减慢恒速，减慢加速度，加快恒速的话实效推力变小，从温度上升的观点来看后者有利。 行走的距离相同 时间 时间 时间相同 输入２００ＶＡＣ时，额定速度是５ｍ／ｓ（根据Ｆ－Ｖ曲线，旋转型的话是Ｔ－Ｎ曲线，推力减少是当然的）但由于编码器的关系，在下一页讲述的各种限制另述。

25. 7.2 选型的要点 （１）串行转换器的输入频率界限 光栅尺尺距（ＧＲＡＴＥ）的２５０ｋｐｐｓ为界限。 经常使用的２０微米的尺距是在５ｍ／ｓ为界限。用于高精度的4微米的光栅尺尺距在１ｍ／ｓ为界限。 （２）ＰＧ分频输出的界限 使用网络系统上位不需要ＰＧ反馈时是以上的限制，但使用时有以下限制。 （光栅尺尺距２０微米时） ＰＧ分辨率（微米）　　容许速度（ｍ／ｓ） １　　　　　　　　　　　　　５以下 ０．５　　　　　　　　　　　４以下 ０．２　　　　　　　　　　　２以下 ０．１　　　　　　　　　　　１以下

26. 7.3 有关线性伺服声音的要因和对策

27. 7.４ 关于速度波动和停止时振动 ＜关于停止时振动＞ 线性马达因为摩擦小所以停止时较容易发生振动，所以需要注意。 线性光栅尺节距的１／２５６以内 ＜关于速度波动＞ 线性马达的速度波动是受速度反馈分辨率影响的，所以应对速度波动的条件，需要选择线性光栅尺的节距 速度反馈的最小分辨率 光栅尺节距／２５６／１２５μｓ 因此，根据速度波动的条件选择光栅尺节距。 例）光栅尺节距　２０μ 　　　　　２０μｍ／２５６／１２５μｓ＝０．６２５ｍｍ／ｓ 　＜参考＞ 　　　・负载加重，速度波动的周期延迟。 比如负载如果加到2倍，波动频率变为１／２。