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    伺服的發展歷程(WTH)
    2020年10月22日

    自從德國MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾威貿易博覽會上正式推出MAC永磁交流伺服電動機和驅動系統,這標志著此種新一代交流伺服技術已進入實用化階段。到20世紀80年代中后期,各公司都已有完整的系列產品。整個伺服裝置市場都轉向了交流系統。早期的模擬系統在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全滿足運動控制的要求,近年來隨著微處理器、新型數字信號處理器(DSP)的應用,出現了數字控制系統,控制部分可完全由軟件進行,分別稱為直流伺服系統、三相永磁交流伺服系統。

    高性能的電伺服系統大多采用永磁同步型交流伺服電動機,控制驅動器多采用快速、準確定位的全數字位置伺服系統。典型生產廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本松下及安川等公司。

    日本安川電機制作所推出的小型交流伺服電動機和驅動器,其中D系列適用于數控機床(****轉速為1000r/min,力矩為0.25~2.8N.m),R系列適用于機器人(****轉速為3000r/min,力矩為0.016~0.16N.m)。之后又推出M、F、S、H、C、G 六個系列。20世紀90年代先后推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波驅動、8051單片機控制改為正弦波驅動、80C、154CPU和門陣列芯片控制,力矩波動由24%降低到7%,并提高了可靠性。這樣,只用了幾年時間形成了八個系列(功率范圍為0.05~6kW)較完整的體系,滿足了工作機械、搬運機構、焊接機械人、裝配機器人、電子部件、加工機械、印刷機、高速卷繞機、繞線機等的不同需要。

    以生產機床數控裝置而****的日本發那科(Fanuc)公司,在20世紀80年代中期也推出了S系列(13個規格)和L系列(5個規格)的永磁交流伺服電動機。L系列有較小的轉動慣量和機械時間常數,適用于要求特別快速響應的位置伺服系統。

    日本其他廠商,例如:三菱電動機(HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列)、東芝精機(SM系列)、大隈鐵工所(BL系列)、三洋電氣(BL系列)、立石電機(S系列)等眾多廠商也進入了永磁交流伺服系統的競爭行列。

    德國力士樂公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動機共有7個機座號92個規格。

    德國西門子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動機分為標準型和短型兩大類,共8個機座號98種規格。據稱該系列交流伺服電動機與相同輸出力矩的直流伺服電動機IHU系列相比,重量只有后者的1/2,配套的晶體管脈寬調制驅動器6SC61系列,最多的可供6個軸的電動機控制。

    德國博世(BOSCH)公司生產鐵氧體永磁的SD系列(17個規格)和稀土永磁的SE系列(8個規格)交流伺服電動機和Servodyn SM系列的驅動控制器。

    美國****的伺服裝置生產公司Gettys曾一度作為Gould 電子公司一個分部(Motion Control Division),生產M600系列的交流伺服電動機和A600 系列的伺服驅動器。后合并到AEG,恢復了Gettys名稱,推出A700全數字化的交流伺服系統。

    美國A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驅動分部生產1326型鐵氧體永磁交流伺服電動機和1391型交流PWM伺服控制器。電動機包括3個機座號共30個規格。

    I.D.(Industrial Drives)是美國****的科爾摩根(Kollmorgen)的工業驅動分部,曾生產BR-210、BR-310、BR-510 三個系列共41個規格的無刷伺服電動機和BDS3型伺服驅動器。自1989年起推出了全新系列設計的摻鶼盜袛(Goldline)永磁交流伺服電動機,包括B(小慣量)、M(中慣量)和EB(防爆型)三大類,有10、20、40、60、80五種機座號,每大類有42個規格,全部采用釹鐵硼永磁材料,力矩范圍為0.84~111.2N.m,功率范圍為0.54~15.7kW。配套的驅動器有BDS4(模擬型)、BDS5(數字型、含位置控制)和Smart Drive(數字型)三個系列,最大連續電流55A。Goldline系列代表了當代永磁交流伺服技術****水平。

    愛爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國外的一個分部,現合并到AEG,以生產直流伺服電動機、直流力矩電動機和伺服放大器而聞名。生產BHT1100、2200、3300三種機座號共17種規格的SmCo永磁交流伺服電動機和八種控制器。

    法國Alsthom集團在巴黎的Parvex工廠生產LC系列(長型)和GC系列(短型)交流伺服電動機共14個規格,并生產AXODYN系列驅動器。

    原蘇聯為數控機床和機器人伺服控制開發了兩個系列的交流伺服電動機。其中ДBy系列采用鐵氧體永磁,有兩個機座號,每個機座號有3種鐵心長度,各有兩種繞組數據,共12個規格,連續力矩范圍為7~35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁,6個機座號17個規格,力矩范圍為0.1~170N.m,配套的是3ДБ型控制器。

    近年日本松下公司推出的全數字型MINAS系列交流伺服系統,其中永磁交流伺服電動機有MSMA系列小慣量型,功率從0.03~5kW,共18種規格;中慣量型有MDMA、MGMA、MFMA三個系列,功率從0.75~4.5kW,共23種規格,MHMA系列大慣量電動機的功率范圍從0.5~5kW,有7種規格。

    韓國三星公司近年開發的全數字永磁交流伺服電動機及驅動系統,其中FAGA交流伺服電動機系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號,功率從15W~5kW。

    現在常采用(Powerrate)這一綜合指標作為伺服電動機的品質因數,衡量對比各種交直流伺服電動機和步進電動機的動態響應性能。功率變化率表示電動機連續(額定)力矩和轉子轉動慣量之比。

    按功率變化率進行計算分析可知,永磁交流伺服電動機技術指標以美國I.D 的Goldline系列為****,德國Siemens的IFT5系列次之。

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