1 直線電機的結(jié)構(gòu)

直線電機是從旋轉(zhuǎn)電機演變而來的。它的基本構(gòu)成和作用原理與普通旋轉(zhuǎn)電機類似,就如同將旋轉(zhuǎn)電機沿半徑方向切開展平而成,其傳動方式也就由旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動。

一般采用新型整體式換向結(jié)構(gòu), 三級減振降噪,5000V100P 電容吸納浪涌脈沖尖峰。

2 直線電機驅(qū)動技術(shù)在應(yīng)用中的優(yōu)點

機床上傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)電機 + 滾珠絲杠”進給傳動方式,由于受自身結(jié)構(gòu)的限制 ,在進給速度、加速度、快速定位精度等方面很難有突破性的提高, 已無法滿足超高速切削、超精密加工對機床進給系統(tǒng)伺服性能提出的更高要求。直線電機將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能,不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置。具有起動推力大、傳動剛度高、動態(tài)響應(yīng)快、定位精度高、行程長度不受限制等優(yōu)點。

在機床進給系統(tǒng)中,采用直線電動機直接驅(qū)動與原旋轉(zhuǎn)電機傳動的最大區(qū)別是取消了從電機到工作臺(拖板)之間的機械傳動環(huán)節(jié),把機床進給傳動鏈的長度縮短為零,因而這種傳動方式又被稱為“零傳動”。正是由于這種“零傳動”方式, 帶來了原旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動方式無法達到的性能指標和優(yōu)點。

(1)高速響應(yīng)

由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時間常數(shù)較大的機械傳動件(如絲杠等),使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能大大提高,反應(yīng)異常靈敏快捷。

(2)精度

直線驅(qū)動系統(tǒng)取消了由于絲杠等機械機構(gòu)產(chǎn)生的傳動間隙和誤差,減少了插補運動時因傳動系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制,即可大大提高機床的定位精度。

(3)動剛度高由于“直接驅(qū)動”,避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現(xiàn)象, 同時也提高了其傳動剛度。

(4)速度快、加減速過程短

由于直線電動機最早主要用于磁懸浮列車(時速可達500km/h),所以用在機床進給驅(qū)動中,要滿足其超高速切削的最大進給速度(要求達60～100M/min 或更高)當然是沒有問題的。也由于上述“零傳動”的高速響應(yīng)性,使其加減速過程大大縮短。以實現(xiàn)起動時瞬間達到高速, 高速運行時又能瞬間準停。可獲得較高的加速度,一般可達2～10g(g=9.8m/s2),而滾珠絲杠傳動的最大加速度一般只有0.1～0.5g。

(5) 行程長度不受限制在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電機, 就可以無限延長其行程長度。

(6)運動動安靜、噪音低。由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦,且導(dǎo)軌又可采用滾動導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌(無機械接觸),其運動時噪音將大大降低。

(7)效率高。由于無中間傳動環(huán)節(jié),消除了機械摩擦時的能量損耗,傳動效率大大提高。

3 直線電機技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用

目前,直線電機技術(shù)在世界各國的應(yīng)用大致可分為五個方面。

3.1 直線電機技術(shù)在物流輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用

我國目前郵政系統(tǒng)的郵包、印刷品的物流分揀、輸送線絕大部分通過旋轉(zhuǎn)電機采用鏈傳動或連桿等方式。國外一些發(fā)達國家則逐步采用了直線電機驅(qū)動的,由計算機控制的新型郵政物流分揀輸送系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的鏈傳動或連桿方式相比,直線電機驅(qū)動的物流系統(tǒng)具有高效、低噪、安全可靠、維護方便等優(yōu)點而獲得應(yīng)用者青睞。在一些新穎的立體化倉庫的搬運系統(tǒng)和新型的自動化車庫,也開始采用了直線電機,其中采用直線電機的自動化車庫是在庫地上安裝一系列縱向和橫向的直線電機初級, 而載車板為次級。通過計算機, 利用直線電機初次級作用移動汽車進或出。效率和利用率都很高。

3.2 直線電機技術(shù)在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用

直線電機在工業(yè)設(shè)備中的應(yīng)用,主要在機床業(yè)方面比較突出,近幾年,國際上對數(shù)控機床采用直線電機顯得特別熱,究其原因是,傳統(tǒng)機床的驅(qū)動裝置依賴絲桿驅(qū)動,絲桿驅(qū)動本身具有一系列不利因素。

3.3 直線電機技術(shù)在信息與自動化方面的應(yīng)用

直線電機在信息設(shè)備方面的應(yīng)用主要在計算機設(shè)備以及它的輸入輸出設(shè)備方面,在計算機主機上,在硬盤裝置方面,直線伺服電動機首先在IBM2314 主光驅(qū)上使用,后來又在IBM333 上采用,日本松下公司,在3.5 英寸的磁盤裝置上也采用了直線伺服電動機,日本神鋼電機公司、富士通公司等也制造了供軟驅(qū)裝置用的直線步進電動機,采用直線電機后,計算機有效地縮短了存取時間,提高了工作效率。此外直線電機也在計算機的輸入輸出設(shè)備中得到了應(yīng)用。如日本神鋼電機公司,富士通公司分別將直線步進電動機和直線直流電動機用于打印機,取得了分辯能力和停止精度提高,加速特性更好的效果。日本松下公司則將直線伺服電動機用于驅(qū)動數(shù)字掃描儀,使掃描儀總重減輕,啟動推力提高,圖象波動減少,掃描速度提高近5倍。至于國內(nèi)外現(xiàn)有高精度的平面繪圖儀,幾乎均采用了平面直線步進電動機, 它實現(xiàn)了繪圖機的高速、高精度、高可靠性及耐久性。這種繪圖機,中科院電工所和上海 21 所早在 20 世紀 80 年代就已試制成功。直線電機在自動化設(shè)備方面的應(yīng)用有如新型的筆式記錄儀、自動繞線機、照相機電磁快門、條形碼自動讀出器等。

3.4 直線電機技術(shù)在交通與民用方面的應(yīng)用

磁懸浮列車改變了傳統(tǒng)軌道車輛靠輪軌摩擦力推進的方式,采用磁力懸浮車體、直線電機驅(qū)動技術(shù),使列車在軌道上浮起滑行,在交通技術(shù)發(fā)展史上是一個重大的突破,被譽為21世紀一種理想的交通工具。磁浮車與現(xiàn)有常規(guī)車相比,主要優(yōu)點是:速度快(500km/h);安全,無翻車;無噪聲振動;占地小;爬坡強;結(jié)構(gòu)簡單;節(jié)能。在交通應(yīng)用方面,直線電機還被應(yīng)用于驅(qū)動地鐵車、驅(qū)動高速公路車等。直線電機在民用方面,發(fā)展較為迅速,產(chǎn)品較為成熟,應(yīng)用面廣。目前已應(yīng)用的有直線電機驅(qū)動門;直線電機驅(qū)動窗和窗簾; 直線電機驅(qū)動的床、柜、桌、椅,盤型直線電機驅(qū)動的冼衣機。空調(diào)、冰箱用直線電機壓縮機,用直線電機驅(qū)動的家用針織機和縫紉機、炒茶機等。特別是用直線電機驅(qū)動的電梯, 它所具有的結(jié)構(gòu)簡單、省材、省空間、高速、低噪聲、節(jié)能的優(yōu)點,引起電梯界的極大關(guān)注。

3.5 直線電機技術(shù)在軍事及其它方面的應(yīng)用

直線電機在軍事上也得到了一些應(yīng)用,如前面所述的直線電機驅(qū)動的潛艇,還有直線電機驅(qū)動的電磁炮。此外在一些軍事設(shè)施上,如軍用靶場、軍用仿真系統(tǒng)、軍用戰(zhàn)斗武器如導(dǎo)彈的發(fā)射等等。此外, 直線電機還可用于天文觀測系統(tǒng)中驅(qū)動擺鏡和反觀鏡;直線電機驅(qū)動人工心臟;直線電機驅(qū)動的盲人觸覺摸擬器; 直線電機在醫(yī)院設(shè)備、電動工具、玩具以及建筑用打樁機等方面得到應(yīng)用。