直線電機(jī)的工作原理

1、直線電機(jī)的工作原理 直線電機(jī)是一種通過將封閉式磁場(chǎng)展開為開放式磁場(chǎng)，將電能直接轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置 直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以看作是將一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向剖開，并將電機(jī)的圓周展開成直線而形成的。其中定子相當(dāng)于直線電機(jī)的初級(jí)，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于直線電機(jī)的次級(jí)，當(dāng)初級(jí)通入電流后，在初次級(jí)之間的氣隙中產(chǎn)生行波磁場(chǎng)，在行波磁場(chǎng)與次級(jí)永磁體的作用下產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件的直線運(yùn)動(dòng)。 近幾年來，世界上一些發(fā)達(dá)國家開始將直線電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床直線運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的伺服電機(jī)+滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，取得了巨大的成功。 直線電機(jī)和傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的

2、比較 在機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中，采用直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)與原旋轉(zhuǎn)電機(jī)傳動(dòng)的最大區(qū)別是取消了從電機(jī)到工作臺(tái)（拖板）之間的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，因而這種傳動(dòng)方式又被稱為零傳動(dòng)。正是由于這種零傳動(dòng)方式，帶來了原旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式無法達(dá)到的性能指標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)。 1.高速響應(yīng) 由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大的機(jī)械傳動(dòng)件（如絲杠等），使整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)取消了由于絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的傳動(dòng)間隙和誤差，減少了插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)因傳動(dòng)系統(tǒng)滯后帶來的跟蹤誤差。通過直線位置檢測(cè)反饋控制，即可大大提高機(jī)床的定位精度。 3.動(dòng)剛度高 由于直接驅(qū)動(dòng)

3、，避免了啟動(dòng)、變速和換向時(shí)因中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運(yùn)動(dòng)滯后現(xiàn)象，同時(shí)也提高了其傳動(dòng)剛度。 4、速度快、加減速過程短 由于直線電動(dòng)機(jī)最早主要用于磁懸浮列車（時(shí)速可達(dá)500Km/h），所以用在機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)中，要滿足其超高速切削的最大進(jìn)個(gè)速度（要求達(dá)60100M/min或更高）當(dāng)然是沒有問題的。也由于上述零傳動(dòng)的高速響應(yīng)性，使其加減速過程大大縮短。以實(shí)現(xiàn)起動(dòng)時(shí)瞬間達(dá)到高速，高速運(yùn)行時(shí)又能瞬間準(zhǔn)停?？色@得較高的加速度，一般可達(dá)210g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動(dòng)的最大加速度一般只有0.10.5g。 5. 行程長度不受限制 在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電動(dòng)機(jī)，就可以無限延長其

4、行程長度 6. 運(yùn)動(dòng)動(dòng)安靜、噪音低 由于取消了傳動(dòng)絲杠等部件的機(jī)械摩擦，且導(dǎo)軌又可采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌（無機(jī)械接觸），其運(yùn)動(dòng)時(shí)噪音將大大降低。 7. 效率高 由于無中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，消除了機(jī)械摩擦?xí)r的能量損耗，傳動(dòng)效率大大提高直線電機(jī)主要應(yīng)用場(chǎng)合： 一是應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)，這類應(yīng)用場(chǎng)合比較多； 其次是作為長期連續(xù)運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)電機(jī)； 三是應(yīng)用在需要短時(shí)間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運(yùn)動(dòng)能的裝置中。 直線電機(jī)可以在幾秒鐘內(nèi)把一架幾千公斤重的直升飛機(jī)拉到每小時(shí)幾百公里的速度，它在真空中運(yùn)行時(shí)，其時(shí)速可達(dá)幾千上萬公里。 在軍事上，人們利用它制成各種電磁炮，并試圖將它用于導(dǎo)彈、火箭的發(fā)射； 在工業(yè)領(lǐng)域，直線

5、電機(jī)被用于生產(chǎn)輸送線，以及各種橫向或垂直運(yùn)動(dòng)的一些機(jī)械設(shè)備中；直線電機(jī)除具有高速、大推力的特點(diǎn)以外還具有低速、精細(xì)的另一特點(diǎn)，例如，步進(jìn)直線電機(jī)，它可以做到步距為1m的精度，因此，直線電機(jī)又被應(yīng)用到許多精密的儀器設(shè)備中，例如計(jì)算機(jī)的磁頭驅(qū)動(dòng)裝置、照相機(jī)的快門、自動(dòng)繪圖儀、醫(yī)療儀器、航天航空儀器、各種自動(dòng)化儀器設(shè)備等。 除此之外，直線電機(jī)還被用于各種各樣的民用裝置中，如電動(dòng)門、電動(dòng)窗、電動(dòng)桌、椅的移動(dòng)，門鎖、電動(dòng)窗簾的開、閉等等，尤其在交通運(yùn)輸業(yè)中，人們利用直線電機(jī)制成了時(shí)速達(dá)500km以上的磁浮列車。 直線電機(jī)憑借高速度、高加速、高精度及行程不受限制等特性使其在很多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。目前直線電

6、機(jī)在世界各國的應(yīng)用大致可分為物流系統(tǒng)、工業(yè)設(shè)備、信息與自動(dòng)化系統(tǒng)、交通與民用、軍事及其它，而在物流輸送系統(tǒng)中的應(yīng)用為最多。 國外一些發(fā)達(dá)國家則逐步采用了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，由計(jì)算機(jī)控制的新型郵政物流分揀輸送系統(tǒng)。如日本東京多摩郵局的大型郵政分揀機(jī)；丹麥CRISPLANT公司生產(chǎn)的高速包刷分揀機(jī)；瑞士、意大利等國的郵袋吊掛推式懸掛機(jī)等。與傳統(tǒng)的鏈傳動(dòng)或連桿方式相比，直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的物流系統(tǒng)具有高效、低噪、安全可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)而獲得應(yīng)用者青睞。 我國貴陽普天通信機(jī)械廠與浙江大學(xué)研制成功的直線電機(jī)包刷分揀機(jī)，其性能優(yōu)于國外，其價(jià)格僅為國外的1/3。海關(guān)承擔(dān)著大量物品的進(jìn)出分揀，過去也和郵政分揀相類似，

7、現(xiàn)在有些海關(guān)，如國內(nèi)深圳海關(guān)就采用了由浙江大學(xué)提供直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的物流分揀線，使用效果很好。 許多行業(yè)如電工、電子、機(jī)械、化工、醫(yī)藥等生產(chǎn)流水線和裝配線，一般常采用鋼絲繩或鏈傳動(dòng)，這些傳動(dòng)方式往往噪聲大、速度慢、控制不方便，現(xiàn)在世界上已有不少單位開始采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，包括一些汽車生產(chǎn)線。在一些新穎的立體化倉庫的搬運(yùn)系統(tǒng)和新型的自動(dòng)化車庫，也開始采用了直線電機(jī)，其中采用直線電機(jī)的自動(dòng)化車庫是在庫地上安裝一系列縱向和橫向的直線電機(jī)初級(jí)，而載車板為次級(jí)。通過計(jì)算機(jī)，利用直線電機(jī)初次級(jí)作用移動(dòng)汽車進(jìn)或出。效率和利用率都很高。 此外，直線電機(jī)還在水果和蔬菜的分類線上，商場(chǎng)的商品流動(dòng)線上，餐館的食品流動(dòng)線，

8、醫(yī)院的藥品、器械的輸送以及銀行、商場(chǎng)的票據(jù)傳送方面得到了應(yīng)用。 另外，直線電機(jī)應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床驅(qū)動(dòng)已經(jīng)商品化。采用直線伺服電機(jī)的高速加 工中心，已成為國際各大機(jī)床制造商競(jìng)相研究和開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品，作為高速加工中心的新一代直接驅(qū)動(dòng)伺服執(zhí)行元件，直線伺服電機(jī)技術(shù)在國內(nèi)外也已進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用階段。 1993年，德國和美國相繼推出由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作臺(tái)高速加工中心。1996年，日本研制成功采用直線電機(jī)的臥式加工中心、高速機(jī)床、超高速小型加工中心、超精密鏡面加工機(jī)床、高速成形機(jī)床等。我國浙江大學(xué)研制一種由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的沖壓機(jī)，浙江大學(xué)生產(chǎn)工程研究所設(shè)計(jì)用賀圓筒型直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。2001年南京四開公司推出自行開發(fā)的采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的，2003年中國國際機(jī)床展會(huì)上，展出北京電院高技術(shù)股份公司推出的直線電機(jī)加工中