配套的直流微型驅動(dòng)和運動(dòng)控制器

選擇合作伙伴要謹慎。體積小、功率大的直流電機在集成化程度不斷提高的系統研發(fā)過(guò)程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。從醫療和實(shí)驗室技術(shù)到航天、機器人、光學(xué)和光電學(xué)、以及工業(yè)機械和設備領(lǐng)域，這類(lèi)電機在眾多應用領(lǐng)域內都是理想的驅動(dòng)技術(shù)。

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

在為驅動(dòng)系統選擇運動(dòng)控制器時(shí)，應該先回答幾個(gè)重要的問(wèn)題。比如，最基本的是需要執行什么樣的運動(dòng)過(guò)程，以及對電機控制器有哪些要求？驅動(dòng)裝置是采用持續工作還是啟停模式？是否需要實(shí)現精確定位？驅動(dòng)裝置的負載類(lèi)型？負載周期如何？需不需要減速箱？哪種電機最適合應用需求？根據以上問(wèn)題的答案即可完成運動(dòng)控制器的選型。運動(dòng)控制器和電機絕不可隨意搭配，這一點(diǎn)不容忽視。尤其是直流微電機的設計獨特，因此它們有特殊的要求。

過(guò)熱風(fēng)險

FAULHABER直流微型電機和微電機的核心部件是獲得專(zhuān)利的，自承式、無(wú)鐵芯、斜繞型轉子線(xiàn)圈，它采用電刷換向，并圍繞著(zhù)一個(gè)固定的磁體旋轉。由于外形像鐘，該電機通常也被稱(chēng)為鐘形電樞電機。它的設計不僅具有實(shí)用的特點(diǎn)，還決定了運動(dòng)控制器的選擇。

由于氣隙對稱(chēng)，它不會(huì )形成齒槽轉矩，這也確保精密的定位和優(yōu)異的調速控制。負載和轉速、電流和轉矩、電壓和轉速之間保持線(xiàn)性關(guān)系由于繞組的尺寸幾乎占到整個(gè)電機的直徑，因此相對于它們體積和重量，該類(lèi)電機能夠比傳統電機實(shí)現更高的效率和轉矩。轉子的低慣量還確保極低的電氣時(shí)間常數。因此這類(lèi)電機具有高動(dòng)態(tài)和可承受高負載的優(yōu)勢。對于伺服應用來(lái)說(shuō)，只要電機繞組的溫度得到監控，通常均可在過(guò)載模式下實(shí)現三倍的持續轉矩。但由于空間有限，直徑不超過(guò)22 mm的電機不帶內置溫度傳感器。 所以如果微電機只是與任意一臺控制器組合，那么在最嚴重的情況下繞組可能被完全燒毀。

FAULHABER運動(dòng)控制器專(zhuān)門(mén)針對微型驅動(dòng)和微驅動(dòng)研制，并在真實(shí)工作條件下經(jīng)過(guò)嚴格測試，因此可以有效避免類(lèi)似問(wèn)題。它們通過(guò)復雜的建模計算，為相應電機型號“預測”繞組溫度。這意味著(zhù)可以充分利用電機的全部動(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“電機選型對話(huà)窗”，可以將參數輕松傳輸到驅動(dòng)控制器。

通過(guò)保存在控制器內的模型可以對應用內部的熱學(xué)數據進(jìn)行分析，達到改善控制器的目的。電機的冷卻效果如何？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？以在人工氣候室內循環(huán)工作的驅動(dòng)裝置為例，電機控制器通過(guò)保存的模型對人工氣候室控制器內的環(huán)境溫度參數進(jìn)行跟蹤，從而利用這些附加信息，實(shí)現電機的最大功率。在負載周期明確的情況下，也是如此。電機的設計體積可以縮小，尤其是應用在移動(dòng)設備上時(shí)這具有很大的優(yōu)勢。

雖然低電氣時(shí)間常數有利于動(dòng)態(tài)過(guò)程，但驅動(dòng)控制器內常見(jiàn)的脈寬調制（PWM）卻可能導致額外損失。FAULHABER無(wú)芯電機的典型電氣時(shí)間常數約為10 μs。如果PWM頻率低于50 kHz，在很多情況下就已無(wú)法實(shí)現產(chǎn)品參數表內的持續轉矩，否則電機可能出現過(guò)熱。這也是為什么在選擇電機控制器的時(shí)候要確保足夠高的PWM頻率的原因。對于FAULHABER運動(dòng)控制器來(lái)說(shuō)，該值在78–100 kHz范圍內（實(shí)際值取決于具體型號）。根據調制類(lèi)型，作用于電機的頻率最高可達200 kHz，這完全符合小型電機的要求。

功率強大體積小

雖然已經(jīng)過(guò)多年的試驗和測試，MC V3.0系列運動(dòng)控制器受其體積以及內置電機電流測量分辨率的影響，對FAULHABER微電機的可應用性有限。新型MC 3001 B/P應運而生。無(wú)論從體積還是電流測量分辨率來(lái)說(shuō)，它都是第一款真正適合小型伺服驅動(dòng)裝置的運動(dòng)控制器。該運動(dòng)控制器的最高電源電壓為30 V，體積16 x 27 x2.6 mm（寬 x 長(cháng) x 高），持續電流可達1 A，峰值電流5 A。如果應用于較低的電源電壓，比如12 V系統內，可輕松實(shí)現高達2 A的持續電流。與同一系列的其它大型控制器相比，它們在功能上毫不遜色。它們的輸入輸出選項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(hù)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：帶扁平板對板連接器的MC 3001 B型控制器適合需要在一個(gè)主板上安裝多臺驅動(dòng)控制器的應用場(chǎng)合。MC 3001 P型控制器帶排針式連接器，連接器三側的排針間距為2.54 mm。這更適合安裝在結構特殊的設備內，比如實(shí)驗室的多軸自動(dòng)化設備。這樣，即使是最小的FAULHABER直流電機，也能搭配尺寸和功能最適合的運動(dòng)控。