2. XPlanar动子与定子模块选型

XPlanar系统的选型不是“先买定子再配动子”的单向过程，而是由生产单元的节拍、负载、运动轨迹和布局共同约束的一组匹配计算。定子模块决定动子可运行的平面范围、可供的推力与供电分区，动子决定单次搬运的质量上限与可达加速度，两者必须同时满足工艺要求，否则会出现“能走但走不快”或“能加速但带不动”的典型问题。

一、动子类型与承载能力

XPlanar动子（Mover）按磁极阵列与承载结构区分，常见规格以宽度和长度组合命名，例如较窄的动子适合轻小工件的高速分拣，较宽的动子提供更大的永磁面积，从而在相同电流下获得更高推力。选型时首先关注三个参数：动子自重、额定附加负载、峰值推力。动子自重会直接占用一部分推力预算，因此有效负载能力等于额定推力减去自重影响后的剩余量。

以教学示例为例，假设某工位需要搬运一个总质量1.2 kg的工件托盘，动子自重0.6 kg，若选用峰值推力约30 N的动子，在水平面内可获得的峰值加速度约为 a = F/(m_mover + m_load) = 30/(0.6+1.2) ≈ 16.7 m/s²。但实际可用加速度还要扣除摩擦、线缆拖拽和轨迹曲率带来的法向分量，工程上通常取峰值推力的60%～70%作为持续工作区，即持续加速度约10～11 m/s²。若工艺要求0.3 s内从静止加速到1.5 m/s，则所需加速度为5 m/s²，该动子有足够余量；若要求0.15 s内达到同样速度，则需10 m/s²，已接近持续区上限，需要重新评估动子规格或降低节拍要求。

二、定子模块规格与覆盖范围

定子模块（Tile）是XPlanar的平面电机定子，常见规格包括不同边长和功率等级。模块的边长决定动子可连续运行的平面尺寸，功率等级决定单位面积可提供的推力密度。选型时要区分两个概念：单模块覆盖面积和有效运动区域。动子跨越两个模块边界时，控制系统需要完成换相与推力交接，边界区域通常存在推力波动，因此布局时应尽量让关键工艺点（如取放料位、检测位）落在单个模块的中心区域，而不是模块接缝上。

定子模块的供电分区也影响选型。多个模块可组成一个供电组，同一组内动子数量受总电流限制。若生产单元需要同时运行8个动子，而每个动子峰值电流为10 A，则供电组的总电流能力必须覆盖同时加速的动子数量，否则会出现推力降额。实际工程中常按“同时加速动子数不超过总数的一半”来估算供电容量，并留出20%余量。

三、承载与加速度的匹配校核

承载与加速度的匹配可以用一条简单的不等式表达：F_peak ≥ (m_mover + m_load) × a_required / η，其中η为推力利用系数，通常取0.6～0.7。这个系数不是随意设定的，它反映了持续工作时的热限制和电流环带宽。若计算出的F_peak接近动子额定峰值，说明系统长期工作在极限状态，温升会加快，定位精度也可能下降。

反过来，如果动子推力远大于需求，也不一定是最优选择。过大的动子自重会增加定子模块的磨损和供电负担，同时占用更多平面空间，降低单位面积的动子密度。因此选型的目标是“刚好够用并留有余量”，而不是“越大越好”。

四、布局对选型的反向约束

生产单元布局往往在选型之前就已经确定，例如取料位、检测位、放料位的位置和间距。这些布局参数会反向约束动子和定子的选择。若三个工艺点分布在600 mm×400 mm的区域内，且要求动子在各点之间以最短路径运行，则定子模块的覆盖范围必须包含全部工艺点，并留出动子本身的尺寸余量。若工艺点间距过小，动子之间可能发生干涉，此时需要选择更窄的动子或调整布局。

另一个容易被忽略的因素是线缆和气管的拖拽。若动子需要携带气动夹爪或传感器线缆，拖拽力会随行程增加而增大，等效于增加了负载。工程上通常将拖拽力折算为0.1～0.3 kg的附加质量，在选型计算中一并计入。

五、给定节拍与负载的选型任务示例

下面给出一个完整的选型任务，参数为教学示例假设值，用于演示计算过程。

计算过程：所需加速度 a = 1.5/0.15 = 10 m/s²；所需推力 F = (0.6+1.2)×10 = 18 N；考虑推力利用系数0.65，动子峰值推力需 ≥ 18/0.65 ≈ 27.7 N。因此选择峰值推力30 N的动子。定子模块按600 mm行程和动子尺寸，选择边长240 mm的模块3块，覆盖720 mm，留出边界余量。供电组按8个动子同时加速的一半计算：8×10 A×0.5×1.2 = 48 A，分为2组，每组24 A。

最后需要强调的是，选型不是一次性的计算，而是与布局、节拍、负载相互迭代的过程。当节拍无法满足时，优先调整的是轨迹规划和工艺点布局，而不是盲目更换更大推力的动子。只有在布局和轨迹都已优化后，才进入动子与定子规格的最终确认。