設計需求
高精度(5um)高速度(1m/sec)重型機械設備(1000kgf)的自動化設計，如果高推力與高速度並不是在同一個時間點，通常都可以利用機構去放大，例如肘節(toggle)及凸輪(cam)的設計，可是肘節機構過於複雜，凸輪定位精度有限，該如何解決呢？
一次達成兩個願望的馬達？
高精度與高轉速，通常都會採用伺服馬達(Servo Motor)，但要達成高推力就需要大功率的伺服馬達再加上減速機，但以15kW以上的伺服馬達為例，極限轉速大概都不超過3000rpm，因此很難採取高減速比提高扭力以後還能保持高轉速，如果不提高減速比，那所需求的伺服馬達功率會很可怕。線性馬達(Linear Motor)可以達到高速度，但是推力卻普遍很小；步進馬達(Stepper Motor)及DC無刷馬達(Brushless DC Motor)則沒有千瓦等級的。因此唯一的選擇是分開兩種需求。
高精度與高轉速，通常都會採用伺服馬達(Servo Motor)，但要達成高推力就需要大功率的伺服馬達再加上減速機，但以15kW以上的伺服馬達為例，極限轉速大概都不超過3000rpm，因此很難採取高減速比提高扭力以後還能保持高轉速，如果不提高減速比，那所需求的伺服馬達功率會很可怕。線性馬達(Linear Motor)可以達到高速度，但是推力卻普遍很小；步進馬達(Stepper Motor)及DC無刷馬達(Brushless DC Motor)則沒有千瓦等級的。因此唯一的選擇是分開兩種需求。
分離需求
如果將兩種需求分開，就可以避免掉這些問題。可以有幾種選擇，雙馬達雙驅動機構，單馬達雙驅動機構，雙馬達單驅動機構等，簡潔設計的話僅採取單馬達雙驅動機構或者雙馬達單驅動機構，道理是一樣的，就是需要離合器(Clutch)去切換。
離合器與伺服馬達
先介紹離合器，再來討論可否用在高速切換問題上。
上圖為標準的電磁離合器(Electro Magnatic Clutch)圖，主要結構就是利用電磁鐵吸引接觸後傳遞扭力(離合器動作原理影片)。除了利用電磁產生吸引力，還有手拉、空壓及油壓等方式；傳遞扭力方式也有分摩擦盤、磁粉(magnetic particle clutch)及齒接觸(tooth clutch)還有完全採用電磁力傳遞非接觸等。通常都使用在定轉速的馬達停止、開始、扭力限制或切換不同速度時使用。
有了可以切換馬達的元件，再來的問題是，精度及切換速度是否可以達到一般自動化控制的程度呢？以及壽命如何？有沒有其他問題？
摩擦傳遞扭力的離合器會有發熱、未完全接觸時滑移、摩擦消耗間隙需要調整以及作動頻率不能太高等問題，並不太適合伺服馬達的操作方式。磁粉及完全電磁吸引可以達到高的作動頻率，但不能傳遞很大的扭力且會有滑移。齒接觸式則有零背隙、傳遞扭力大以及作動速度快(大型的離合器約需0.1~0.2 sec時間)等優點，因無摩擦所以熱的問題較小，也較無壽命問題，唯一較不方便的是通常都需要接近停止時才能咬合作動，但這一點對伺服控制則非常容易，同時齒接觸離合器也可以承受正反轉高速定位，因此對本案是絕佳的解決方案。
採用齒接觸離合器切換兩顆伺服馬達以達成高扭力及高轉速切換的效果基本上可行，但是0.1~0.2sec的切換時間似乎只有達到可用的程度而已，而且在切換時需要停止，也會延長動作時間，最佳的解決方案仍然是找到一顆超高轉速的大型伺服馬達，例如：15kW 8000rpm Servo Motor，不過短時間內暫時應該是不會有這樣的產品。
如果將兩種需求分開，就可以避免掉這些問題。可以有幾種選擇，雙馬達雙驅動機構，單馬達雙驅動機構，雙馬達單驅動機構等，簡潔設計的話僅採取單馬達雙驅動機構或者雙馬達單驅動機構，道理是一樣的，就是需要離合器(Clutch)去切換。
離合器與伺服馬達
先介紹離合器，再來討論可否用在高速切換問題上。
上圖為標準的電磁離合器(Electro Magnatic Clutch)圖，主要結構就是利用電磁鐵吸引接觸後傳遞扭力(離合器動作原理影片)。除了利用電磁產生吸引力，還有手拉、空壓及油壓等方式；傳遞扭力方式也有分摩擦盤、磁粉(magnetic particle clutch)及齒接觸(tooth clutch)還有完全採用電磁力傳遞非接觸等。通常都使用在定轉速的馬達停止、開始、扭力限制或切換不同速度時使用。
有了可以切換馬達的元件，再來的問題是，精度及切換速度是否可以達到一般自動化控制的程度呢？以及壽命如何？有沒有其他問題？
摩擦傳遞扭力的離合器會有發熱、未完全接觸時滑移、摩擦消耗間隙需要調整以及作動頻率不能太高等問題，並不太適合伺服馬達的操作方式。磁粉及完全電磁吸引可以達到高的作動頻率，但不能傳遞很大的扭力且會有滑移。齒接觸式則有零背隙、傳遞扭力大以及作動速度快(大型的離合器約需0.1~0.2 sec時間)等優點，因無摩擦所以熱的問題較小，也較無壽命問題，唯一較不方便的是通常都需要接近停止時才能咬合作動，但這一點對伺服控制則非常容易，同時齒接觸離合器也可以承受正反轉高速定位，因此對本案是絕佳的解決方案。
採用齒接觸離合器切換兩顆伺服馬達以達成高扭力及高轉速切換的效果基本上可行，但是0.1~0.2sec的切換時間似乎只有達到可用的程度而已，而且在切換時需要停止，也會延長動作時間，最佳的解決方案仍然是找到一顆超高轉速的大型伺服馬達，例如：15kW 8000rpm Servo Motor，不過短時間內暫時應該是不會有這樣的產品。
沒有留言:
張貼留言