軸棒式直線電機(jī)

超高速加工和超精密加工成為未來(lái)機(jī)床業(yè)發(fā)展的兩個(gè)主題，傳統(tǒng)的機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠”機(jī)構(gòu)。這種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)涉及的中間部件多，運(yùn)動(dòng)慣量大，而且滾珠絲杠本身俱有物理局限性，因此產(chǎn)生的線性速度、加速度及定位精度均有限，不能滿足超高速、高精密加工的需要。目前對(duì)高的要求數(shù)控機(jī)床均采用直線電機(jī)，它直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，運(yùn)動(dòng)慣量小，系統(tǒng)剛度高，快速響應(yīng)特性好，高速情況下能實(shí)現(xiàn)精密定位，產(chǎn)生推力大，尤其運(yùn)動(dòng)速度、加速度高于滾珠絲杠的若干倍，工作行程可以無(wú)限長(zhǎng)，維護(hù)少、壽命長(zhǎng)。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)分析了直線電機(jī)需要克服的常見(jiàn)問(wèn)題。絕熱與散熱問(wèn)題永磁直線電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于銅損和鐵損，線圈會(huì)發(fā)熱，帶來(lái)幾個(gè)負(fù)面影響：對(duì)線圈絕緣層造成老損或破壞。對(duì)直線電機(jī)控制技術(shù)的研究基本上可以分為三個(gè)方面。軸棒式直線電機(jī)

在工業(yè)與自動(dòng)化中的應(yīng)用由于直線電機(jī)有其自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此在機(jī)械設(shè)備和機(jī)床中的機(jī)電一體化方面得到廣泛應(yīng)用，如直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的沖床，電磁錘、螺旋壓力機(jī)、電磁打箔機(jī)、壓鑄機(jī)和型材軋制牽引機(jī)等。在機(jī)械加工機(jī)床中用于往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源—直線電磁驅(qū)動(dòng)裝置在車銑、刨、磨、插、鋸、拉等機(jī)床中得到應(yīng)用，替代傳統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)裝置。在激光機(jī)械、半導(dǎo)體制造設(shè)備上也應(yīng)用了直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的X-Y工作臺(tái)。以及用于組合機(jī)床自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)床間直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳送線，用于浮法玻璃生產(chǎn)線上的熔融金屬攪拌器。用于電網(wǎng)中的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)真空斷路器，用于選礦的直線電機(jī)鐵磁分離器。用于冶金工業(yè)中的電磁泵、液態(tài)金屬攪拌器。用于紡織工業(yè)中的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梭子、割麻裝置以及各種自動(dòng)化儀表和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。直線電機(jī)啟動(dòng)器直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)至今已越來(lái)越成熟。

直線電機(jī)明確顯示動(dòng)子的內(nèi)部繞組.磁鉄和磁軌.動(dòng)子是用環(huán)氧材料把線圈壓成的。而且,磁軌是把磁鐵固定在鋼上。直線電機(jī)經(jīng)常簡(jiǎn)單描述為旋轉(zhuǎn)電機(jī)被展平，而工作原理相同。動(dòng)子是用環(huán)氧材料把線圈壓縮在一起制成的；磁軌是把磁鐵（通常是高能量的稀土磁鐵）固定在鋼上。電機(jī)的動(dòng)子包括線圈繞組，霍爾元件電路板，電熱調(diào)節(jié)器（溫度傳感器監(jiān)控溫度）和電子接口。在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，動(dòng)子和定子需要旋轉(zhuǎn)軸承支撐動(dòng)子以保證相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分的氣隙。同樣的，直線電機(jī)需要直線導(dǎo)軌來(lái)保持動(dòng)子在磁軌產(chǎn)生的磁場(chǎng)中的位置。和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的編碼器安裝在軸上反饋位置一樣，直線電機(jī)需要反饋直線位置的反饋裝置--直線編碼器，它可以直接測(cè)量負(fù)載的位置從而提高負(fù)載的位置精度。

直線電機(jī)在做高速直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，速度是否有限制？一般情況下，速度的受供電電壓、導(dǎo)軌、反饋元件、分辨率和采樣率以及電機(jī)參數(shù)的限制。在速度方面，對(duì)于直接驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)直線電機(jī)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。直線電機(jī)限速與這幾個(gè)因素有關(guān)。首先是電源電壓，一般采用直線電機(jī)作為電機(jī)，反電勢(shì)會(huì)抵消母線電壓，從而限制速度。提高電壓可以提高電機(jī)的極限轉(zhuǎn)速。其次就是鐵芯材料，同步速度等于兩倍極距與頻率的乘積，當(dāng)極距一定時(shí)，高速意味著電流勵(lì)磁頻率更高，而高頻帶來(lái)更多的損耗，增加熱量，而一般采用硅鋼片在設(shè)計(jì)上限制在一定的頻率范圍內(nèi)使用。，系統(tǒng)其它部件，在高速應(yīng)用系統(tǒng)中，應(yīng)充分考慮各部件的特點(diǎn)。因此，直線電機(jī)對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，主要由以下幾個(gè)因素（有一定電壓時(shí)）。1、合理的極距設(shè)計(jì)，以滿足一定頻率以下的比較高轉(zhuǎn)速要求，限制鐵損加熱。2、合理的繞組設(shè)計(jì)，根據(jù)轉(zhuǎn)速要求設(shè)計(jì)電機(jī)的力常數(shù)、電阻、電感，以滿足電源電壓在比較高的轉(zhuǎn)速下的需求。3、加強(qiáng)冷卻，直線電機(jī)的轉(zhuǎn)速可在提高加熱后進(jìn)一步提高。因此，在理論上，如果沒(méi)有空間、電壓等性能參數(shù)的限制，電機(jī)本體的設(shè)計(jì)就不是對(duì)轉(zhuǎn)速要求的難點(diǎn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，要求比較復(fù)雜。和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的編碼器安裝在軸上反饋位置一樣，直線電機(jī)需要反饋直線位置的反饋裝置--直線編碼器。

正如旋轉(zhuǎn)伺服電動(dòng)機(jī)的編碼器安裝在軸上的反饋位置，直線電機(jī)需要反饋直線位置的反饋裝置——直線編碼器，它能直接測(cè)量負(fù)載位置，從而提高負(fù)載定位精度。定子演化的一面稱為初級(jí)面，轉(zhuǎn)子演化的一面稱為次級(jí)面。當(dāng)應(yīng)用時(shí)，初級(jí)和次級(jí)被加工成不同的長(zhǎng)度，以確保初級(jí)和次級(jí)在所需的行程范圍內(nèi)保持耦合。直線型電動(dòng)機(jī)可分為短初級(jí)長(zhǎng)次級(jí)和長(zhǎng)初級(jí)短次級(jí)。從制造成本、運(yùn)營(yíng)成本看，目前普遍采用短端長(zhǎng)端策略。線性電機(jī)的工作原理類似于旋轉(zhuǎn)電機(jī)。就拿直線異步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，初級(jí)繞組通入交流電源，便在氣隙中產(chǎn)生行波磁場(chǎng)，次級(jí)在行波磁場(chǎng)下切割，將感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，并產(chǎn)生電流，此電流通過(guò)氣隙中的磁場(chǎng)相作用產(chǎn)生電磁推力。若初定，則二次推力作直線運(yùn)動(dòng)；若相反，則初定作直線運(yùn)動(dòng)。直線電機(jī)無(wú)需任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。磁懸浮直線電機(jī)

完成直線運(yùn)動(dòng)只需電機(jī)無(wú)需齒輪，聯(lián)軸器或滑輪，對(duì)很多應(yīng)用來(lái)說(shuō)很有意義的。軸棒式直線電機(jī)

高速磁懸浮列車磁懸浮列車是直線電機(jī)實(shí)際應(yīng)用的典型的例子，美、英、日、法、德、加拿大等國(guó)都在研制直線懸浮列車，其中日本進(jìn)展快。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯世界上臺(tái)使用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯是1990年4月安裝于日本東京都豐島區(qū)萬(wàn)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(jī)驅(qū)動(dòng)的電梯沒(méi)有曳引機(jī)組，因而建筑物頂?shù)臋C(jī)房可省略。如果建筑物的高度增至1000米左右，就必須使用無(wú)鋼絲繩電梯，這種電梯采用高溫超導(dǎo)技術(shù)的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，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(wú)線電波或光控技術(shù)控制。軸棒式直線電機(jī)

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