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    浅谈直线电机的新认识

    文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2015-10-22 17:30:00【

     随着技术的进步,当今世界的直线电机的运用场合比以往更苛刻,高产出,高的定位精度,维护方便等等。当然,现在很多的公司正通过技术创新来慢慢满足这些要求。
    大概在10多年之前,要找出个能应用于生产的场合,而且速度超过5米/秒,带负载能力强,高度好的直线轴承是很困难的。而今,随着技术的进步,这些问题已近解决了。
    在直线编码器技术上的进步也为直线电机的应用开辟了更广阔的空间,当今的直线编码器技术已近成熟了,而且成本也有所降低。
    鉴于以上两种直线电机的关键技术得以解决,所以高速的直线电机才能渐渐应用于现在的生产环境。
    现代的制造业一直面临着高精度,高速度和高产出的要求。为了解决这个问题.运动系统必须响应快,摩擦小。
    现在,已经有了解决方案,那就是直线电机。


    一、直线电机的概念
    直线电机的概念非常简单,它就是把旋转的伺服电机切开,然后再把它平铺开来.按照这样设计,负载就可以直接挂在电机上.效率就可以大幅度提高.
    直线电机有两种形式,即伺服的和步进的。
    设想将一台电机,无论是直流的还是交流的,沿着其转轴的直径切开拉平,就成为直线电机.根据左手定则,可以判断这时绕在电枢上的绕组均要受到电磁作用力F,由于绕组是固定在电枢上的,所以,电枢将在电磁力F的作用下做直线运动,显然,无论改变磁极的磁性或者改变加到电刷上电源的极性,匀可以改变电磁力的方向,也就是改变电枢的运动方向。
    但这种结构有两个缺点:(1)磁极对电枢有单边磁拉力,它将把电枢单面压紧在支撑件上,使它运动不灵敏,工作中容易产生振动或噪声。(2)电枢在F的作用下将移出磁极的作用范围,力渐渐变小。实际上具有实用价值的直线电机的结构应该具有以下特点:在电枢上的上下两边都有电磁铁,他们对电枢铁心的磁拉力应该相互抵消.同时电枢长度远大于磁铁的长度.电枢在磁铁里面移动时,只要不超出磁铁的作用范围。则电磁力F的大小不受影响。
    和旋转式直流电机一样,步进电机也可以实现精确的直线步进,其移动速度和电源切换频率成正比.常用的直线步进电机有反应式和混合式两种。
    四相反应式直线步进电机由定子和动子两部分组成.匀由硅刚片叠成,定子上下表面有均匀分布的齿槽,动子是一对具有四个极的铁心,上面套有四相励磁绕组,每个极的表面也开齿,齿距和定子的相同。为了减少运动时的摩擦,在导轨上装有滚珠轴承,齿槽中用非磁性材料填充,并使定子和动子表面平整和光滑。当绕组按一定顺序通电时,根据步进电机的原理,电机将按照半拍,单拍或双排运行。
    二、直线电机的优势
    高速,直线电机的速度取决于控制器整流出来的电压以及控制器本身.一般的直线电机的速度是3米/秒,其分辨率是1微米.有的直线电机可达到5米/秒。
    高精度,精度,分辨率和重复定位精度都是由反馈系统决定的。
    快速响应:一般来说,一个直线电机系统,它的快速响应要比普通的机械传动装置要快100倍,所以它的生产效率也更高。
    刚度:由于直线电机没有机械连接,所以刚度只取决于系统的增益和电流。
    回程间隙:由于没有机械连接,所以也就没有回程间隙。
    维护方便:当今的直线电机没有机械上的接触,所以,也就没有维护。
    三、直线电机的缺点
    成本:由于直线电机的量比较少以及永磁铁的价格,所以直线电机非常贵。由于大多数的直线电机的设计师把永磁铁安装在导轨上的,由于永磁铁非常贵,所以,随着长行程的直线电机就非常贵。然而,随着直线电机的普及和产量的上升,价格在不久的将来会下来。不过,直线电机的反馈系统也应该计算到成本中,编码器和旋转变压器的成本并不时很高,因为长度也不是很长。然而直线电机也需要反馈系统。这些反馈系统的长度要比编码器长很多,所以,价格也就会很高。一个100毫米直线电机的反馈系统就要500多美金.当然,价格也会随着长度而增加。然而,随着新型的反射型编码器的出现,其制造成本势必会下降。
    控制器的带宽会有所增加:由于电机和负载之间没有机械的连接,伺服控制器的反映,也就是带宽,必须很快.这就对直线编码器提出了更高的要求。
    线圈的尺寸:和旋转的电机来比较,直线电机所产生的力不是紧凑的力.比如要产生65N的持续力,那么直线电机的横截面要50MM X 40MM左右.如果用它和一个横截面是10MM的滚珠丝杠比起来,它所产生的力并不是很大。
    发热:在大多数场合,负载是直接装在滑块上面的.任何的过热将直接传给负载.如果负载对热很敏感,那么就必须有降温技术。
    四、怎样选择一格直线电机?
    选择一个正确的直线电机并不是一格简单的工作.要考虑到各种应用场合,还要计算力,还要考虑发热,轴承的承载以及换向的方法等.然而如果知道些直线电机的工作原理以及优缺点,将有助于做出正确的解决方案。
    (一)铁芯直线电机
    这种电机的设计直接从一个无刷旋转电机。电动机由一个扁铁铁,稀土永磁体粘合。
    柜子的构造叠片和线圈是伤口周围的“牙齿”的叠片。热传感器内部安装的线圈,感应温度?;舳衅骺梢园沧霸谂坦苊婊虬沧霸诘缁咴?。这种电机的优点在于单位尺寸内产生的力最大化,而且价格便宜,散热好。
    (二)空气式直线电机
    这种直线电机的结构是不带软糍材料的.它由两个永磁体组成,南极和北极.当中用垫圈隔离。其优点在于重量轻,没有爬行.很容易实现速度控制.但其缺点是散热不大好。
    五、总结
    随着生产要求的不断提高.人们对电机的要求也越来越高.要满足产出高,速度快,定位精确等苛刻的要求.正是在这种背景下,产生了直线电机.但目前来讲,直线电机由于价格的关系,还没有普及,但随着科学技术的进步,直线电机会越来越普及的。