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線性電機

日期:2017/1/12 9:37:57
摘要:直線電機也稱線性電機,線性馬達,直線馬達,推杆馬達。最常用的直線電機類型是平板式和U 型槽式,和管式。 線圈的典型組成是三相,有霍爾元件實現無刷換相
關鍵詞:線性電機,直線馬達

直線電機的原理并不復雜.設想把一台旋轉運動的感應電動機沿著半徑的方向剖開,并且展平,這就成了一台直線感應電動機。在直線電機中,相當于旋轉電機定子的,叫初級;相當于旋轉電機轉子的,叫次級,初級中通以交流,次級就在電磁力的作用下沿著初級做直線運動。這時初級要做得很長,延伸到運動所需要達到的位置,而次級則不需要那么長,實際上,直線電機既可以把初級做得很長,也可以把次級做得很長;既可以初級固定、次級移動,也可以次級固定、初級移動。

直線電機是一種新型電機應用日益廣泛,磁懸浮列車就是用直線電機來驅動的。磁懸浮列車是一種全新的列車.一般的列車,由于車輪和鐵軌之間存在摩擦,限制了速度的提高,它所能達到的最高運行速度不超過300km/n.磁懸浮列車是將列車用磁力懸浮起來,使列車與導軌脫離接觸,以減小摩擦,提高車速。列車由直線電機牽引,直線電機的一個級固定于地面,跟導軌一起延伸到遠處;另一個級安裝在列車上,初級通以交流,列車就沿導軌前進。列車上裝有磁體(有的就是兼用直線電機的線圈),磁體隨列車運動時,使設在地面上的線圈(或金屬板)中產生感應電流,感應電流的磁場和列車上的磁體(或線圈)之間的電磁力把列車懸浮起來,懸浮列車的優點是運行平穩,沒有顛簸,噪聲小,所需的牽引力很小,只要几千kw的功率就能使懸浮列車的速度達到550km/h.懸浮列車減速的時候,磁場的變化減小,感應電流也減小,磁場減弱,造成懸浮力下降,懸浮列車也配備了車輪裝置,它的車輪像飛機一樣,在行進時能及時收入列車,停靠時可以放下來,支持列車。

要使質量巨大的列車靠磁力懸浮起來,需要很強的磁場,實用中需要用高溫超導線圈產生這樣強大的磁場,直線電機除了用于磁懸浮列車外,還廣泛地用于其他方面,例如用于傳送系統、電氣錘、電磁攪拌器等,在中國,直線電機也逐步得到推廣和應用.直線電機的原理雖不復雜,但在設計、制造方面有它自己的特點,產品尚不如旋轉電機那樣成熟,有待進一步研究和改進。

直線電機可以認為是旋轉電機在結構方面的一種變形,它可以看作是一台旋轉電機沿其徑向剖開,然后拉平演變而成。近年來,隨著自動控制技朮和微型計算機的高速發展,對各類自動控制系統的定位精度提出了更高的要求,在這種情況下,傳統的旋轉電機再加上一套變換機構組成的直線運動驅動裝置,已經遠不能滿足現代控制系統的要求,為此,近年來世界許多國家都在研究、發展和應用直線電機,使得直線電機的應用領域越來越廣。

直線電機與旋轉電機相比,主要有如下几個特點:一是結構簡單,由于直線電機不需要把旋轉運動變成直線運動的附加裝置,因而使得系統本身的結構大為簡化,重量和體積大大地下降;二是定位精度高,在需要直線運動的地方,直線電機可以實現直接傳動,因而可以消除中間環節所帶來的各種定位誤差,故定位精度高,如采用微機控制,則還可以大大地提高整個系統的定位精度;三是反應速度快、靈敏度高,隨動性好。直線電機容易做到其動子用磁懸浮支撐,因而使得動子和定子之間始終保持一定的空氣隙而不接觸,這就消除了定、動子間的接觸摩擦阻力,因而大大地提高了系統的靈敏度、快速性和隨動性;四是工作安全可靠、壽命長。直線電機可以實現無接觸傳遞力,機械摩擦損耗几乎為零,所以故障少,免維修,因而工作安全可靠、壽命長。

. 折疊 編輯本段 工作原理.

直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能,而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成是一台旋轉電機按徑向剖開,并展成平面而成。

由定子演變而來的一側稱為初級,由轉子演變而來的一側稱為次級。在實際應用時,將初級和次級制造成不同的長度,以保証在所需行程范圍內初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機可以是短初級長次級,也可以是長初級短次級。考慮到制造成本、運行費用,目前一般均采用短初級長次級。直線電動機的工作原理與旋轉電動機相似。以直線感應電動機為例:當初級繞組通入交流電源時,便在氣隙中產生行波磁場,次級在行波磁場切割下,將感應出電動勢并產生電流,該電流與氣隙中的磁場相作用就產生電磁推力。如果初級固定,則次級在推力作用下做直線運動;反之,則初級做直線運動。直線電機的驅動控制技朮一個直線電機應用系統不僅要有性能良好的直線電機,還必須具有能在安全可靠的條件下實現技朮與經濟要求的控制系統。隨著自動控制技朮與微計算機技朮的發展,直線電機的控制方法越來越多。對直線電機控制技朮的研究基本上可以分為三個方面:一是傳統控制技朮,二是現代控制技朮,三是智能控制技朮。傳統的控制技朮如PID反饋控制、解耦控制等在交流伺服系統中得到了廣泛的應用。其中PID控制蘊涵動態控制過程中的過去、現在和未來的信息,而且配置几乎為最優,具有較強的魯棒性,是交流伺服電機驅動系統中最基本的控制方式。為了提高控制效果,往往采用解耦控制和矢量控制技朮。在對象模型確定、不變化且是線性的以及操作條件、運行環境是確定不變的條件下,采用傳統控制技朮是簡單有效的。但是在高精度微進給的高性能場合,就必須考慮對象結構與參數的變化。各種非線性的影響,運行環境的改變及環境干擾等時變和不確定因數,才能得到滿意的控制效果。因此,現代控制技朮在直線伺服電機控制的研究中引起了很大的重視。常用控制方法有:自適應控制、滑模變結構控制、魯棒控制及智能控制。近年來模糊邏輯控制、神經網絡控制等智能控制方法也被引入直線電動機驅動系統的控制中。目前主要是將模糊邏輯、神經網絡與PID、H∞控制等現有的成熟的控制方法相結合,取長補短,以獲得更好的控制性能。

直線電機在數控機床中的應用

一、引言

數控機床正在向精密、高速、復合、智能、環保的方向發展。精密和高速加工對傳動及其控制提出了更高的要求,更高的動態特性和控制精度,更高的進給速度和加速度,更低的振動噪聲和更小的磨損。問題的症結在傳統的傳動鏈從作為動力源的電動機到工作部件要通過齒輪、蝸輪副,皮帶、絲杠副、聯軸器、離合器等中間傳動環節,在些環節中產生了較大的轉動慣量、彈性變形、反向間隙、運動滯后、摩擦、振動、噪聲及磨損。雖然在這些方面通過不斷的改進使傳動性能有所提高,但問題很難從根本上解決,于出現了“直接傳動”的概念,即取消從電動機到工作部件之間的各種中間環節。隨著電機及其驅動控制技朮的發展,電主軸、直線電機、力矩電機的出現和技朮的日益成熟,使主軸、直線和旋轉坐標運動的“直接傳動”概念變為現實,并日益顯示其巨大的優越性。直線電機及其驅動控制技朮在機床進給驅動上的應用,使機床的傳動結構出現了重大變化,并使機床性能有了新的飛躍。

二、直線電機進給驅動的主要優點

進給速度范圍寬。可從1(1)m/s到20m/min以上,目前加工中心的快進速度已達208m/min,而傳統機床快進速度<60m/min,一般為20~30m/min。

速度特性好。速度偏差可達(1)0.01%以下。

加速度大。直線電機最大加速度可達30g,目前加工中心的進給加速度已達3.24g,激光加工機的進給加速度已達5g,而傳統機床進給加速度在1g以下,一般為0.3g。

定位精度高。采用光柵閉環控制,定位精度可達0.1~0.01(1)mm。應用前饋控制的直線電機驅動系統可減少跟蹤誤差200倍以上。由于運動部件的動態特性好,響應靈敏,加上插補控制的精細化,可實現納米級控制。

行程不受限制。傳統的絲杠傳動受絲杠制造工藝限制,一般4~6m,更的行程需要接長絲杠,無論從制造工藝還是在性能上都不理想。而采用直線電機驅動,定子可無限加長,且制造工藝簡單,已有大型高速加工中心X軸長達40m以上。

結構簡單、運動平穩、噪聲小,運動部件摩擦小、磨損小、使用壽命長、安全可靠。

三、直線電機及其驅動控制技朮的進展

直線電機與普通電機在原理上類似,它只是電機圓柱面的展開,其種類與傳統電機相同,例如:直流直線電機,交流永磁同步直線電機,交流感應異步直線電機,步進直線電機等。

作為可控制運動精度的直線伺服電機在上世紀80年代末出現后,隨著材料(如永磁材料)、功率器件、控制技朮及傳感技朮的發展,直線伺服電機的性能不斷提高,成本日益下降,為其廣泛的應用創造了條件。

近年來,直線電機及其驅動控制技朮的進展表現在以下方面:(1)性能不斷提高(如推力、速度、加速度、分辨率等);(2)體積減小,溫升降低;(3)品種覆蓋面廣,可滿足不同類型機床的要求;(4)成本大幅度下降;(5)安裝和防護簡便;(6)可靠性好;(7)包括數控系統在內的配套技朮日趨完善;(8)商品化程度高。

目前世界上直線伺服電機及其驅動系統的知名供應商主要有:德Siemens公司,Indramat公司;日本FANUC,三菱公司;美國Anorad,科爾摩根公司;瑞士ETEL公司等。

具有代表性的直線電機產品的技朮指標:

FANUC L17000C3/2is;最大推力17000N;連續推力3400N(自然冷)/4080N(氣冷)/6800(水冷);最大速度240m/min(4m/s);最大加速度30g;分辨率0.01(1)m。

Siemens 1FN3:最大推力20700N;連續推力8100N(水冷);最大速度253m/min。

在控制系統方面,Siemens、FANUC等系統供應商都可提供與直線電機控制相對應的控制軟件和接口。由于歐洲機床上應用直線電機較多,因此采用Siemens系統(如8l0D,840D)最多。

中國科學院電工所、浙江大學、沈陽工業大學等對直線電機開展了多年研究,江蘇、哈爾濱、廣東等一些公司已有小功率直線電機產品。

清華大學在“十五”攻關項目中研制成功交流永磁同步直線電機及其伺服系統,其最大運動速度60m/min,最大加速度5g,最大推力5000N,目前已與江蘇瑞安特公司開始合作生產。

四、直線電機進給驅動在機床上的應用情況

表1 直線電機驅動的國產機床部分典型產品 機床類型 型號 廠商 主要特點

電火花成形機床 GV754L 北京機床研究所 快進速度24m/min

加速度1.5g

立式加工中心 VS1250 北京機電院高技朮

股份公司 X/Y軸直線電機,

快進80/120m/min

加速度0.8/1.5g

立式加工中心 XH716/5X-SM 江蘇多棱數控機床有限責任公司 X軸直線電機

車銑中心 沈陽機床集團 X軸直線電機,

快進60m/min

活塞車床 G-CNCP200 清華大學 X軸直線電機

凸輪磨床 北京航空航天大學 頭架驅動用直線電機,

精度提高,無振紋

自1993年德國Ex-Cell-O公司研發出世界上第一台直線電機驅動工作台的加工中心以來,直線電機已在不同種類的機床上得到應用。2001年、2003年歐洲機床展,2002年、2004年日本機床展及美國機床展上每次都有几十家公司的展品采用直線電機驅動系統。以2002年日本機床展JIMTOF為例,在展的524台數控機床中,有25家公司41台機床采用直線電機進給驅動[3>,其中,加工中心11台(立式8台,臥式3台),電加工機床7台(線切割4台,成形機2台,小孔機1台),磨床6台(一般磨床4台,齒輪磨床1台,坐標磨床1台),非球面加工機和微型微細加工機5台,車床4台,專用機床3台,激光加工機2台,車磨復合機床1台,銑削加工單元(FMC)l台。

目前,世界上最知名的機床廠家几乎無一例外地都推出了直線電機驅動的機床產品,品種覆蓋了絕大多數機床類型。此外,在壓力機、坐標測量機、水切割機、等離子切割機、快速原型機及半導體設備的X-Y工作台上直線電機都有應用。

此外,浙江大學直線電機與現代驅動研究所開發了直線電機驅動的壓力機、鋸床、雕刻機、線切割機床。

北京機電院高技朮股份有限公司承擔的“十五”攻關項目《直線電機驅動的高速立式加工中心》,于2003年研制成功國內第一台直線電機驅動的加工中心,并在2003年北京國際機床展覽會展出。該機床X/Y軸采用直線電機驅動,行程分別為1250/630mm,最大快移速度80/120m/min,最大加速度O.8/1.5g。機床在設計中對減輕運動部件質量、加強機床剛性、解決高速高加速運動下的抗沖擊性、直線電機的防護,以及控制系統、伺服系統與直線電機的匹配和優化調試等方面做了有益的探索并取得了成功。為解決處于工作台下方的Y軸直線電機的防護問題,設計了密封的直線驅動軸部件,并獲得了國家專利。經測定,該機床精度達到精密級加工中心標准,并有充分裕量。一年多來該機床工作穩定可靠。課題組還對直線電機初級線圈與次級磁鐵(定子)的溫升進行了試驗。以X軸為例:X軸運動部件質量>1000kg,加速度設定為O.8g,快移速度設定為70m/min,連續往復運動1小時以上。試驗結果:10分鐘后初級線圈(水冷)溫升趨于平衡,工作溫度穩定在69℃左右,遠遠低于允許工作溫度(12℃)。電機次級磁鐵溫升約2℃。可見直線電機初級線圈與次級磁鐵(定子)的溫升對機床的熱影響有限,可通過補償消除。

五、發展趨勢

技朮日益成熟

直線電機及其驅動控制系統在技朮上已日趨成熟,已具有傳統傳動裝置無法比擬的優越性能。過去們所擔心的直線電機推力小、體積大、溫升高、可靠性差、不安全、難安裝、難防護等問題,隨著電機制造技朮的改進,已不再是大問題。而驅動與控制技朮的發展又為其性能拓展和安全性提供了保証。選擇合適的直線電機及驅

線性電機

線性電機動控制系統,配以合理的機床設計,完全可以生產出高性能、高可靠性的機床。現在直線電機驅動進給速度100m/min,加速度1~2g的機床已很普遍,已有機床達到快進240m/min,加速度5g的指標(日本AMADA激光切割機)。日本Mazak公司宣稱,該公司將在近期推出快移速度500m/min,加速度6g,主軸速度80000r/min切削速度8馬赫的超音速加工中心。高速度高加速度的傳動已在加工中心、數控銑床、車床、磨床、復合加工機床、激光加工機床及重型機床上得到廣泛應用,這類機床在航空、汽車、模具、能源、通用機械等領域發揮著特殊的作用。在電加工機床上采用直線電機驅動可實現0.1(1)m的精密平穩移動。在微細加工及精密磨削中,可實現10um進給分辨率及20m/min的快移速度,加工表面粗糙度<1nm。在重型機床上采用直線電機驅數噸重的運動部件已不成問題。同步雙驅動控制技朮已成熟應用。這些都說明直線電機及其驅動控制技朮在機床上的應用已經成熟,并在不斷向前發展,會給人們帶來更多的驚喜。此外,在國際上已有不同類型、不同規格的直線電機商品可提供,配套的驅動控制系統、檢測裝置及高速導軌、高速防護也都有相應產品供貨。

成本不斷下降,性能價格比更好

近年來,直線電機系統成本不斷下降,在機床成本中的比重明顯下降。DMG公司的DMC64V linear加工中心 (X軸采用直線電機驅動),國內報價僅61.4萬元人民幣。但目前采用直線電機驅動仍比傳統的傳動裝置價格要高。因此,直線電機的應用應著眼于高性能機床,特別是精密高速加工機床、特種加工機床、大型機床,解決傳統傳動方法不能解決的問題。另外,提高加工精度和加工效率也會提升機床的價值。例如,美國Gincin-nati公司的HYPCR MACH高速加工中心,X軸長達46m,采用直線電機驅動后,加工大型薄壁飛機零件,用傳統方法加工一件要8小時,而用該機床只需30分鐘。DMG公司介紹其采用直線電機驅動的DMC、CTX、GMC、GMX系列產品生產效率可提高20%。據意大利JOBS公司介紹,該公司生產的LinX系列產品保証了龍門加工中心在長距離移動上的超高性能[4>,最大程度減少軸轉換操作的無效時間,其德國用戶采用LinX龍門加工中心(三軸均為直線電機驅動)加工模具,由于無效時間大為縮短等因素,加工效率比未采用直線電機的同類機床效率提高40%,而且由于傳動部件無磨損,使用更可靠,運行費用更低。JOBS在生產LinX產品時采用直線電機的成本只增加百分之几,但由于性能提高,售價可增加15%~20%,機床利潤率明顯增加。

產業化趨勢明顯

直線電機在機床上的應用已不是樣品,不是個例。近几年已在几十家著名企業的几十類產品上推廣應用。據有關資料介紹,1997年直線電機驅動的機床銷售量已達300台。2001年,德國DMG公司已在28種機型上采用直線電機,年產量達1500台(約3000多根直線電機驅動軸),占其總產量的1/3。意大利JOBS公司自1999年開發出LinX直線電機驅動的龍門加工中心后,2003年該公司LinX系列產品已占全公司總產量的60%(年產50台大型龍門加工中心和龍門銑床),并成為公司的主要利潤來源。有專家預測,2005年直線電機驅動的機床將達到3000台,到2010年世界上將有20%的數控機床采用直線電機進給驅動,而這些機床都是高檔機床,因此其產業化前景是不言而喻的。

六、建議

中國在直線電機及驅動控制技朮的研發、應用與世界水平相差甚遠,至少有十年的差距。無論產品的性能、品種,還是在機床上的應用僅處于起步階段,甚至大量是空白。如果我們不能抓住當前宏觀經濟形勢大好,市場需求旺盛的機遇,在“十一五”期間加大投入,在直線電機及其驅動控制技朮的開發與應用上奮起直追,中國的高檔數控機床會更加落后,這將不利于中國的國家安全和產業安全。為此,建議在“十一五”規划中對直線電機及其驅動控制技朮的開發與應用予以充分考慮。

在機床基礎技朮和關鍵技朮研究中,研究直接傳動技朮應用

1)直線電機驅動的直線運動部件和力矩電機驅動的旋轉部件的設計研究;2)高速、高加速度運動下機床剛性及抗沖擊結構設計;3)吸振、抗振、隔熱材料的應用(如聚合物混凝土);4)輕型材料(如碳素纖維)在運動部件中的應用;5)直線電機的安裝工藝及防護;6)控制系統、直線電機驅動系統與機械部件的匹配及合理配置,運動部件的加速度、速度調整及運動特性的優化。

開發應用直線電機驅動的高檔數控機床

在基礎技朮和關鍵技朮研究基礎上,開發應用直線電機驅動控制的高檔數控機床及工藝裝備,以滿足高速精密復合加工的需求。鼓勵機床企業將這類機床做為自己的工作母機,在實際應用中不斷改進設計,探索加工工藝,向用戶提供展示和服務,并推向市場,逐步實現產業化。

以上工作為少走彎路,可完全選購國際上先進、成熟的直線電機功能部件及其控制系統,以使整機盡快達到國際同類產品水平。

開發直線電機產品及相關技朮

在數控技朮及關鍵功能部件中,開發直線電機產品(包括相應的驅動系統)。數控技朮中應開發與直線電機驅動控制相匹配的軟件技朮,例如高速及高加速條件下的伺服控制及其調整,高速、高精度的插補技朮,復雜加工程序的前瞻控制能力,機床動態特性參數優化模型,故障診斷與保証功能等。同時,相應開發與高速高加速運動相配套的高速導軌、高速防護、高速位置檢測裝置等。

七、結束語

2006年即將開始“十一五”規划,從企業到行業,從地方到中央都在制定新的規划。就機床的發展而言,直線電機無論作為功能部件還是其相關技朮在機床中的應用,都應該得到足夠重視。企業和研究部門應根據自己的客觀條件選擇相關課題開展研究,從戰略高度考慮發展直線電機及其驅動控制的機床產品,并逐步形成產業,占領高檔數控機床的重要制高點。建議行業和政府相關規划中予以大力支持。

. 折疊 編輯本段 應用結構.

直線電機可以認為是旋轉電機在結構方面的一種變形,它可以看作是一台旋轉電機沿其徑向剖開,然后拉平演變而成。近年來,隨著自動控制技朮和微型計算機的高速發展,對各類自動控制系統的定位精度提出了更高的要求,在這種情況下,傳統的旋轉電機再加上一套變換機構組成的直線運動驅動裝置,已經遠不能滿足現代控制系統的要求,為此,近年來世界許多國家都在研究、發展和應用直線電機,使得直線電機的應用領域越來越廣。

直線電機與旋轉電機相比,主要有如下几個特點:一是結構簡單,由于直線電機不需要把旋轉運動變成直線運動的附加裝置,因而使得系統本身的結構大為簡化,重量和體積大大地下降;二是定位精度高,在需要直線運動的地方,直線電機可以實現直接傳動,因而可以消除中間環節所帶來的各種定位誤差,故定位精度高,如采用微機控制,則還可以大大地提高整個系統的定位精度;三是反應速度快、靈敏度高,隨動性好。直線電機容易做到其動子用磁懸浮支撐,因而使得動子和定子之間始終保持一定的空氣隙而不接觸,這就消除了定、動子間的接觸摩擦阻力,因而大大地提高了系統的靈敏度、快速性和隨動性;四是工作安全可靠、壽命長。直線電機可以實現無接觸傳遞力,機械摩擦損耗几乎為零,所以故障少,免維修,因而工作安全可靠、壽命長。

直線電機主要應用于三個方面:一是應用于自動控制系統,這類應用場合比較多;其次是作為長期連續運行的驅動電機;三是應用在需要短時間、短距離內提供巨大的直線運動能的裝置中。

高速磁懸浮列車 磁懸浮列車是直線電機實際應用的最典型的例子,目前,美、英、日、法、德、加拿大等國都在研制直線懸浮列車,其中日本進展最快。

直線電機驅動的電梯 世界上第一台使用直線電機驅動的電梯是1990年4月安裝于日本東京都關島區萬世大樓,該電梯載重600kg,速度為105m/min,提升高度為22.9m。由于直線電機驅動的電梯沒有曳引機組,因而建筑物頂的機房可省略。如果建筑物的高度增至1000米左右,就必須使用無鋼絲繩電梯,這種電梯采用高溫超導技朮的直線電機驅動,線圈裝在井道中,轎廂外裝有高性能永磁材料,就如磁懸浮列車一樣,采用無線電波或光控技朮控制。

超高速電動機 在旋轉超過某一極限時,采用滾動軸承的電動機就會產生燒結、損壞現象。為此近年來,國外研制了一種直線懸浮電動機(電磁軸承),采用懸浮技朮使電機的動子懸浮在空中,消除了動子和定子之間的機械接觸和摩擦阻力,其轉速可達25000~100000r/min以上,因而在高速電動機和高速主軸部件上得到廣泛的應用。如日本安川公司新近研制的多工序自動數控車床用5軸可控式電磁高速主軸采用兩個經向電磁軸承和一個軸向推力電磁軸承,可在任意方向上承受機床的負載。在軸的中間,除配有高速電動機以外,還配有與多工序自動數控車床相適應的工具自動交換機構。

. 折疊 編輯本段 分類介紹.

折疊 圓柱形動

圓柱形動磁體直線電機動子是圓柱形結構。沿固定著磁場的圓柱體運動。這種電機是最初發現的商業應用但是不能使用于要求節省空間的平板式和U 型槽式直線電機的場合。圓柱形動磁體直線電機的磁路與動磁執行器相似。區別在于線圈可以復制以增加行程。典型的線圈繞組是三相組成的,使用霍爾裝置實現無刷換相。推力線圈是圓柱形的,沿磁棒上下運動。這種結構不適合對磁通泄漏敏感的應用。必須小心操作保証手指不卡在磁棒和有吸引力的側面之間。

管狀直線電機設計的一個潛在的問題出現在,當行程增加,由于電機是完全圓柱的而且沿著磁棒上下運動,唯一的支撐點在兩端。保証磁棒的徑向偏差不至于導致磁體接觸推力線圈的長度總會有限制。

折疊 U型槽式

U 型槽式直線電機有兩個介于金屬板之間且都對著線圈動子的平行磁軌。動子由導軌系統支撐在兩磁軌中間。動子是非鋼的,意味著無吸力且在磁軌和推力線圈之間無干擾力產生。非鋼線圈裝配具有慣量小,允許非常高的加速度。線圈一般是三相的,無刷換相。可以用空氣冷卻法冷卻電機來獲得性能的增強。也有采用水冷方式的。這種設計可以較好地減少磁通泄露因為磁體面對面安裝在U形導槽里。這種設計也最小化了強大的磁力吸引帶來的傷害。

這種設計的磁軌允許組合以增加行程長度,只局限于線纜管理系統可操作的長度,編碼器的長度,和機械構造的大而平的結構的能力。

折疊 平板直線

有三種類型的平板式直線電機(均為無刷):無槽無鐵芯,無槽有鐵芯和有槽有鐵芯。選擇時需要根據對應用要求的理解。

無槽無鐵芯平板電機是一系列coils安裝在一個鋁板上。由于FOCER 沒有鐵芯,電機沒有吸力和接頭效應(與U形槽電機同)。該設計在一定某些應用中有助于延長軸承壽命。動子可以從上面或側面安裝以適合大多數應用。這種電機對要求控制速度平穩的應用是理想的。如掃描應用,但是平板磁軌設計產生的推力輸出最低。通常,平板磁軌具有高的磁通泄露。所以需要謹慎操作以防操作者受他們之間和其他被吸材料之間的磁力吸引而受到傷害。

無槽有鐵芯:無槽有鐵芯平板電機結構上和無槽無鐵芯電機相似。除了鐵芯安裝在鋼疊片結構然后再安裝到鋁背板上,鐵疊片結構用在指引磁場和增加推力。磁軌和動子之間產生的吸力和電機產生的推力成正比,迭片結構導致接頭力產生。把動子安裝到磁軌上時必須小心以免他們之間的吸力造成傷害。無槽有鐵芯比無槽無鐵芯電機有更大的推力。

有槽有鐵芯:這種類型的直線電機,鐵心線圈被放進一個鋼結構里以產生鐵芯線圈單元。鐵芯有效增強電機的推力輸出通過聚焦線圈產生的磁場。鐵芯電樞和磁軌之間強大的吸引力可以被預先用作氣浮軸承系統的預加載荷。這些力會增加軸承的磨損,磁鐵的相位差可減少接頭力。

. 折疊 編輯本段 其他資料.

折疊 優點摘要

(1)結構簡單。管型直線電機不需要經過中間轉換機構而直接產生直線運動,使結構大大簡化,運動慣量減少,動態響應性能和定位精度大大提高;同時也提高了可靠性,節約了成本,使制造和維護更加簡便。它的初次級可以直接成為機構的一部分,這種獨特的結合使得這種優勢進一步體現出來。

(2)適合高速直線運動。因為不存在離心力的約束,普通材料亦可以達到較高的速度。而且如果初、次級間用氣墊或磁墊保存間隙,運動時無機械接觸,因而運動部分也就無摩擦和噪聲。這樣,傳動零部件沒有磨損,可大大減小機械損耗,避免拖纜、鋼索、齒輪與皮帶輪等所造成的噪聲,從而提高整體效率。

(3)初級繞組利用率高。在管型直線感應電機中,初級繞組是餅式的,沒有端部繞組,因而繞組利用率高。

(4)無橫向邊緣效應。橫向效應是指由于橫向開斷造成的邊界處磁場的削弱,而圓筒型直線電機橫向無開斷,所以磁場沿周向均勻分布。

(5)容易克服單邊磁拉力問題。徑向拉力互相抵消,基本不存在單邊磁拉力的問題。

(6)易于調節和控制。通過調節電壓或頻率,或更換次級材料,可以得到不同的速度、電磁推力,適用于低速往復運行場合。

(7)適應性強。直線電機的初級鐵芯可以用環氧樹脂封成整體,具有較好的防腐、防潮性能,便于在潮濕、粉塵和有害氣體的環境中使用;而且可以設計成多種結構形式,滿足不同情況的需要。

(8)高加速度。這是直線電機驅動,相比其他絲杠、同步帶和齒輪齒條驅動的一個顯著優勢。

折疊 基本小結

在實用的和買的起的直線電機出現以前,所有直線運動不得不從旋轉機械通過使用滾珠或滾柱絲杠或帶或滑輪轉換而來。對許多應用,如遇到大負載而且驅動軸是豎直面的。這些方法仍然是最好的。然而,直線電機比機械系統比有很多獨特的優勢,如非常高速和非常低速,高加速度,几乎零維護(無接觸零件),高精度,無空回。完成直線運動只需電機無需齒輪,聯軸器或滑輪,對很多應用來說很有意義的,把那些不必要的,減低性能和縮短機械壽命的零件去掉了。