1 直線電機的結構

直線電機是從旋轉電機演變而來的。它的基本構成和作用原理與普通旋轉電機類似,就如同將旋轉電機沿半徑方向切開展平而成,其傳動方式也就由旋轉運動變為直線運動。

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

2 直線電機驅動技術在應用中的優點

機床上傳統的“旋轉電機 + 滾珠絲杠”進給傳動方式,由于受自身結構的限制 ,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伺服性能提出的更高要求。直線電機將電能直接轉換成直線運動機械能,不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。具有起動推力大、傳動剛度高、動態響應快、定位精度高、行程長度不受限制等優點。

在機床進給系統中,采用直線電動機直接驅動與原旋轉電機傳動的最大區別是取消了從電機到工作臺(拖板)之間的機械傳動環節,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, 帶來了原旋轉電機驅動方式無法達到的性能指標和優點。

(1)高速響應

由于系統中直接取消了一些響應時間常數較大的機械傳動件(如絲杠等),使整個閉環控制系統動態響應性能大大提高,反應異常靈敏快捷。

(2)精度

直線驅動系統取消了由于絲杠等機械機構產生的傳動間隙和誤差,減少了插補運動時因傳動系統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“直接驅動”,避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環節的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現象, 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”的高速響應性,使其加減速過程大大縮短。以實現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軌上通過串聯直線電機, 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,且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌(無機械接觸),其運動時噪音將大大降低。

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

3 直線電機技術在各個領域的應用

目前,直線電機技術在世界各國的應用大致可分為五個方面。

3.1 直線電機技術在物流輸送系統中的應用

我國目前郵政系統的郵包、印刷品的物流分揀、輸送線絕大部分通過旋轉電機采用鏈傳動或連桿等方式。國外一些發達國家則逐步采用了直線電機驅動的,由計算機控制的新型郵政物流分揀輸送系統。與傳統的鏈傳動或連桿方式相比,直線電機驅動的物流系統具有高效、低噪、安全可靠、維護方便等優點而獲得應用者青睞。在一些新穎的立體化倉庫的搬運系統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 直線電機技術在工業設備中的應用

直線電機在工業設備中的應用,主要在機床業方面比較突出,近幾年,國際上對數控機床采用直線電機顯得特別熱,究其原因是,傳統機床的驅動裝置依賴絲桿驅動,絲桿驅動本身具有一系列不利因素。

3.3 直線電機技術在信息與自動化方面的應用

直線電機在信息設備方面的應用主要在計算機設備以及它的輸入輸出設備方面,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備中得到了應用。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動數字掃描儀,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。至于國內外現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備方面的應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 直線電機技術在交通與民用方面的應用

磁懸浮列車改變了傳統軌道車輛靠輪軌摩擦力推進的方式,采用磁力懸浮車體、直線電機驅動技術,使列車在軌道上浮起滑行,在交通技術發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。磁浮車與現有常規車相比,主要優點是:速度快(500km/h);安全,無翻車;無噪聲振動;占地小;爬坡強;結構簡單;節能。在交通應用方面,直線電機還被應用于驅動地鐵車、驅動高速公路車等。直線電機在民用方面,發展較為迅速,產品較為成熟,應用面廣。目前已應用的有直線電機驅動門;直線電機驅動窗和窗簾; 直線電機驅動的床、柜、桌、椅,盤型直線電機驅動的冼衣機。空調、冰箱用直線電機壓縮機,用直線電機驅動的家用針織機和縫紉機、炒茶機等。特別是用直線電機驅動的電梯, 它所具有的結構簡單、省材、省空間、高速、低噪聲、節能的優點,引起電梯界的極大關注。

3.5 直線電機技術在軍事及其它方面的應用

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