减少电机振动有助于精确分配微量液体 成功控制成本后实现商品化

  • 自动化

  • 医疗.福利

  • 实验室分析系统

精密检验设备制造商B公司

有助于研发竞争的液体分析仪

在化工、医药等领域普遍存在激烈的研发竞争,其特征是具有高速,高精度和低成本的分析技术。这是精密测试设备供应商(B公司)面临的市场,该公司从事液体成分分析仪的开发。

从该分析仪内部结构来看,液体以微升进行采样和分析。对于从试管中分配微量样品和试剂的泵件来说,精确控制是必要条件。利用电机驱动泵件,这是B公司发现自己所面临的一个挑战。

该公司以前使用的电机在泵运行期间发生振动,因此无法持续稳定地输送准确的液量。此外,该分析仪的安装地点靠近科学家或技术人员的实验室,并且在那里会使用很长时间。这使尽量降低运行噪音变得非常重要,稍许噪音都可能令人们感到烦躁不安。

在B公司的研发中心,泵电机选型责任人员(员工A)的工作是满足这些低振动、低噪声的技术要求。

面临的冲突问题

员工A过去的工作是找到一种可以解决这些振动和噪音问题的电机,并已着手开展研究。他的第一个想法是通过齿轮与直流无刷电机组合来实现精确控制,这是一种公认的低振动、低噪音电机。但问题是,这种齿轮或变速箱所需的精密加工成本太高,高得令人望而却步。

除了直流无刷电机外,已有的一些电机和低成本电机无法实现精确控制,并且受电机内部共振因素影响,没有任何方式能够抑制机电部件产生的电磁噪音或机械驱动噪声。
这使他左右为难,实现低振动和低噪音的技术要求和成本要求,这是两种截然不同的挑战。

他向一位年长同事进行咨询,得到的建议是:"如果追求低成本,应该试一下步进电机。"通过不断跟进,他最终找到了ASPINA公司,发现该公司过去在步进电机开发上投入大量精力,并通过ASPINA网站与该公司取得联系。

步进电机也存在的一些问题:ASPINA针对如何克服这些问题提出的建议

尽管在解决公司面临的技术和成本相关问题方面,步进电机比直流无刷电机有很多优势,但它们并非没有自己的问题。一个具体问题就是步进电机自身引起的共振。因为步进电机是以小步长交替加减速运动,而不是以一个恒定速度运行,因此会产生微弱的振动。某些频率会导致电机突然开始剧烈振动,产生明显的噪音。这就是形成共振的过程。

ASPINA的一名销售人员和一名电机开发工程师实地走访了B公司。他们的建议是利用"微步进"技术有可能解决步进电机共振问题,这是一项涉及电机、编码器和驱动程序的技术。微步进是指缩短电机步进间隔时间,从而抑制共振。

每台电机的间隔时间都略有不同,因此电机的共振也各不相同。ASPINA的建议是通过调整电机和驱动器参数来解决共振问题。这涉及到使用编码器来感测步进电机的特性,然后由驱动器根据这些特性计算出最佳的电机控制参数。
ASPINA的客户通过如下措辞表达了他们的感受:"步进电机的使用不仅降低了振动和噪音,同时也解决了成本问题。"

"真是太安静了!"

在反复检查了电机规格和泵件性能之后,B公司负责选择电机的人员选择了ASPINA步进电机。分析仪在样机制造阶段进行了多次设计变更,在这个过程中,ASPINA不断地提供自己掌握的信息和想法。最终结果是将振动降低到以往使用泵电机时的振动的三分之一左右。

在B公司的一次内部样机演示中,该公司的一名员工这样描述该电机的表现有多么好:"我们一直认为步进电机容易产生共振和噪音,但实际上却是如此安静!"
因为是利用软件控制克服振动而不是利用物理组件,所以成本比无刷直流电机与齿轮组合低50%以上。B公司报告说,他们以低于预算的单位价格成功地开发了新型液体分析仪。
B公司的销售人员也报告说,分析仪上市之后就订单不断。正如最初联系我们的那位人士所说:"找一个像ASPINA这样的专业公司帮助我们解决问题,这证明是至关重要的一步。"

课题

  • 新型液体分析仪的开发需要实现更精确的控制和更安静的运行
  • 现有分析仪的内置电机产生巨大振动,无法持续稳定地输送微量液体
  • 考虑过使用电机与齿轮组合,但价格昂贵

对应

  • 考虑选择一种能够防止发生共振的步进电机
  • 依据只有电机供应商拥有的专业知识提供的建议,可在开发期间完成设计变更
  • 通过使用软件控制实现控制成本上升