科尔摩根电机在滚珠丝杆副传动测试台上的应用
应用背景
传动效率在滚珠丝杠副可靠性评价体系中是一项重要的测评指标。因为传动效率的降低会直接影响丝杠的正常使用，同时，在精确计算滚珠丝杠寿命、预紧摩擦力等性能指标时，传动效率也是重要的计算参数。长期以来，国内缺少在实际负载情况下测量丝杠副传动效率的专用设备，南京理工大学通过使用科尔摩根直线电机和力矩电机对此类专用设备进行改进，模拟出了测试台的实际负载，且实现了正传动和逆传动双重测试功能，填补了这一行业测量专机的空白。
新旧机型对比
传统的测试台使用的是丝杆加电机传动，测试端丝杆通过增加涡流制动器实现负载模拟，如图一所示。这种加载方式机械笨重，无法实现正逆传动切换，加载力调节不灵活。
图一 传统效率测试台 图二 新一代效率测试台
新一代效率测试台为了实现正逆传动切换测试，通过使用科尔摩根运动控制解决方案，将测试端和传动端合二为一，如图二所示，正传动时力矩电机驱动丝杠旋转带动螺母轴向移动，通过直线电机对丝杠副进行轴向加载载荷。逆传动时直线电机驱动螺母轴向运动带动丝杠转动，通过力矩电机对丝杠副进行加载载荷。通过使用科尔摩根PCMM运动控制器控制TBM力矩电机和DDL直线电机，从而实现驱动与加载控制。同时，由力传感器采集载荷数据、光栅尺采集速度数据、转速转矩传感器采集转速和扭矩数据，再经过数据采集卡采集及数据处理软件进行处理后，绘制出效率-位置的效率曲线。
参数规格性能指标：
模拟实际工况进行轴向加载，最大加载力：≤5000N；
测试台通过更换工装，能满足直径≤50mm，导程≤20mm，丝杠螺纹长度≤2000mm的丝杠副；
在线检测加载力：线性度优于2‰全量程；
在线检测输入扭矩、转速、速度；
采用科尔摩根PCMM控制器、KBM力矩电机、DDL直线电机及AKD驱动器的解决方案
如下图所示，测试平台采用带EtherCat总线的PCMM运动控制器连接两台AKD驱动器，通过PDO映射的变量，在正传动和逆传动的初始化程序中切换两台电机的6060工作模式。上位采用第三方带ModbusTcp通讯的触摸屏实现人机界面交互。
图三 传动效率测试台
科尔摩根方案的优势
首先，DDL直线电机结构简单，缩短了设计人员的机械设计周期，设备结构能快速成型。且直线电机直接表现为直线移动，具有大推力（峰值推力可达8000N）高加速度（轻易地达到10g）高速度（可达10米/秒）宽调速范围（最低移动速度可达1微米/秒）高动态响应等优点。
其次，科尔摩根的KBM直驱电机尺寸多样，适应不同安装要求，包括伺服型（直径小，轴向长）及力矩型（直径大，轴向短）。不同的绕组类型实现不同的功率特性，即转矩-速度特性，超过158个标准型号，可为您选择性价比最高的产品，避免了产品系列跨度大带来的高昂成本。同时，优异的设计可实现平稳的转矩输出。伺服型KBM通过转子磁钢外形及特殊齿槽设计实现变化的气隙，最大限度提高转矩密度及降低齿槽效应。力矩型KBM通过斜槽设计及增大极数等方式，实现齿槽效应小，谐波畸变低，转矩输出能力强的特点。
最后，科尔摩根还能提供整套的运动控制解决方案，友好的编程界面和使用环境是用户的卓越选择。
客户收益
科尔摩根运动控制解决方案极强的应用场景定制能力，保证了客户项目开发的实时性和创新性。AKD驱动器丰富的总线接口方便了客户控制框架的组网，其内部运算算法的先进性能也赢得了客户的认可。同时，AKD可为电机提供正弦波驱动电流，实现了卓越的恒力和恒速性。其次，其在数秒内实现性能优化，可针对刚性和柔性连接件进行滤波补偿，大幅度提高了设备效率。此外，科尔摩根workbench调试软件的易用性为客户开发新项目节省了时间。极大的增强了客户的市场竞争力。
