磁悬浮与线性马达

1、邦定机也开始使用线性马达了，相信越来越多的各品牌邦定机将 使用线性马达，你对线性马达了解多少呢?1. M性焉建之於旋ww性焉建工作原理相段於旋ww建可是完全相同，如下圈所示，性w建可视舄将旋ww建彳耸表面切至翰中心然废瓣平。(详如图3所示)。2优秀线性马达系统之主要考虑顿振推力(Cogging force)由于边端效应及齿槽效应，无刷铁心式线性马达将具有顿振推力。 此顿振推力必须降至额定推力之2%以下才可达成快速定位及低速稳 定运转。降低顿振推力之方法包括磁石斜槽，大的极槽公倍数，驱动 器磁场谐波补整。因此一个好的线性马达必须使顿振推力越小越好，在不通电的情况下，您可用手推动动子部，好的线性马

2、达应有平顺之 手感。推力涟波(Force ripple)此物理量与顿振推力不同，但表现的结果类似，此现象之生成乃 因无刷马达需换相(Commutation)控制，且磁石磁场并非标准正弦分 布，即使是无铁心马达亦有此现象，其将影响快速定位及低速稳定运 转。该项特性仅可由特殊设备测得，因此制造商必须拥有此测试设备 以确立产品质量。推力/移动质量比推力/移动质量比决定了该线性马达的负载能力。小的移动质量 代表更高的额外负载能力，此外，高的移动质量在高加减速运动时， 将对您的机器产生可观之震动也可能导致不可预测的共振，因此，一 个好的线性马达必须使其移动质量愈小愈好。解偶机构在某些应用中，双轴同时高加

3、减速运动是基本的需求，大部 分的运动模块，仅是将一轴直接迭在另一轴之上，这将导至两轴之频 宽差异非常大，例如，将X轴迭在Y轴上，X轴的马达只需负载其本 身之移动质量，而Y轴必须负载除了本身的移动质量之外仍需负担整 个X轴平台的质量，这种组态称为迭积式XY平台”(Our module: X YS)。为了要使两轴的频宽相近，必须利用解偶机构将两轴之移动质 量隔离，如此，各轴之马达仅需负担本身之移动质量及共享滑台，这种组态称为解偶式XY平台(See our products of XYD, YZD)。IDuty cycleDuty cycle再决定线性马达的额定出力时非常重要，在大多 数的场合，线性

4、马达不可能全时间都在运动，其也许会停下来一段时 间等待像是影像校正或其它轴的运动，我们须知线性马达的大小和他 的额定出力有关而与最大出力无关，所以我们必须非常小心的决定1 uty cycle或是motion profile，否则您的线性马达将过大而占空间 增成本，或过小而造成马达过热烧毁。移动电缆除了导引用的线性滑轨，移动电缆是关乎线性马达平台寿命的 一个重要因素，好的线性马达平台必须使它的移动电缆愈少愈好，如 果行程不长的话，可采用动磁石式组态配合固定式光学尺读头， 使移动电缆完全移除，这点针对高频率的高加减速应用场合非常重 要。3.我们常说的磁悬浮，彳主彳主和线性马达驱动有着很大联系 磁浮

5、运输系统通常采用“线性马达”作为推进系统，有关线性马达之 特性先予以说明。一般马达的构造是中间一根带有“转子”(Rotor) 可以转动的轴，四周则是“定子(Stator)，装了线圈通电后即可产 生磁场。所谓线性马达就是将马达沿轴线方向切开后予以展开，使马 达的回转运动变为直线运动，故称之为线性马达线性马达因定子与转子装设位置之不同而有线性感应马达（LIM）与线性同步马达（LSM）之分：线性感应马达是在导轨上安装反应板 （以铝板当转子），而在列车上装设靠三相交流电力励磁的移动用电磁 铁（作为定子），分左右两排夹装在铝板两旁但不接触，磁力线与铝板 垂直相交，铝板即感应而生电流，因而产生驱动力。由于

6、线性感应马 达的定子装在列车上，较导轨短，因此线性感应马达又称为“短定子 线性马达”（Short-stator Motor）（MPM VISION 系统）；线性同步 马达的原理则是将超导电磁铁装于列车上（当作转子），轨道上则装 有三相电枢线圈（作为定子），当轨道上的线圈供应以可变周波数的 三相交流电时，即能驱动车辆。由于车辆移动的速度系依与三相交流 电周波数成比例的同步速度移动，故称为线性同步马达，而又由于线 性同步马达的定子装于轨道上，与轨道同长，故线性同步马达又称为“长定子线性马达（Longstator Motor）。以下为磁悬浮和线性马达的一些知识传统轨道运输系统由于使用专用轨道，并以钢

7、轮作为支撑与导引，因 此随着速度的增加，行驶阻力会递增，而牵引力则递减，列车行驶阻 力大于牵引力时即无法再加速，故一直无法突破地面运输系统理论上 最高速度每小时375公里的瓶颈1。虽然法国TGV曾创下传统轨道运输系统时速515.3公里的世界 纪录，但因轮轨材料会有过热疲乏的问题，故现今德、法、西、日等 国之高铁商业营运时速均不超过300公里。因此，如要进一步提升车 辆速度，必须放弃传统以车轮行驶之方式，而采用“磁力悬浮”(Ma gnetic Levitation，简称“磁浮”Maglev)的方式，使列车浮离车道 行驶，以减少摩擦力、大幅提高车辆的速度。此一浮离车道的作法， 除不会造成噪音或空气

8、污染外，并可增进能源使用之效率。另外采用“线性马达(Linear Motor)亦可加快该磁浮运输系统的速度，因 此使用线性马达的磁浮运输系统应运而生。所谓磁浮运输系统就是利用磁力相吸或相斥的原理，使列车浮离车 道，此磁力的来源可分为“常电导磁铁(Permanent Magnets)或超 导磁铁(Super Conducting Magnets, SCM)。所谓的常电导磁铁就 是一般的电磁铁，即只有通电时才具有磁性，电流一切断则磁性消失， 由于列车在极高速时集电困难，故常电导磁铁仅能适用于采用磁力相 斥原理、速度相对较慢(约300kph)的磁浮列车；至于速度高达50 0kph以上的磁浮列车(利用

9、磁力相吸原理)，就非使用通一次电就永 久具有磁性(因此列车可以不用集电)之超导磁铁不可。因磁浮运输系统是利用磁力相吸或相斥的原理，故导致其分为“电动 悬浮(Electrodynamic Suspension, EDS)与“电磁悬浮(Elect romagnetic Suspension, EMS)两种型态。电动悬浮(EDS)是利用 同性相斥的原理，当列车经由外力而移动，装置于列车上的常电导磁 石产生移动磁场，而在轨道上的线圈产生感应电流，此电流再生磁场， 由于此二磁场方向相同，故列车与轨道间产生互斥力，列车随即由此 互斥力举升而悬浮。因列车的悬浮是靠两磁场作用力相互平衡而达 成，故其悬浮高度可

10、固定不变(约10 15mm)，列车即因此具有相 当之稳定性。此外，列车必须先以其他方式启动，其所带之磁场才能 产生感应电流与磁场，车辆才会悬浮；因此，列车必须装置车轮以便“起飞”与“降落”之用，当速度达40kph以上时，列车开始悬浮 (即“起飞”)，车轮自动收起；同理当速度渐减不再悬浮时，车轮自 动放下以便滑行(即“降落”)。通常采用电动悬浮(EDS)的系统， 只能以“线性同步马达” (Linear Synchronous Motor, LSM)作为推 进系统，且其速度相对较慢(约300kph)，图1即显示电动悬浮系统(EDS)与线性同步马达(LSM)之组合。图1电动悬浮系统(EDS)与线性同步马达(LSM)之组合1电磁悬浮 (EMS)则是利用异性相吸的原理，列车两侧向导轨环抱类似跨座式单轨系 统)，列车环抱的下部装有电磁石，导轨的底部装有钢板代替线圈， 此时导轨之钢板在上，而列车之电磁石在下，当通电励磁时，电磁石 产生之磁场吸引力吸引列车向上，列车因重力而下沉，两力平衡时使 列车与导轨间产生间隙(Gap),列车即因此悬浮，其悬浮高度(约10 15mm)因磁力强弱而产生变化，故磁场之