直線電機的工作原理

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

2、比較 在機床進給系統(tǒng)中，采用直線電動機直接驅(qū)動與原旋轉(zhuǎn)電機傳動的最大區(qū)別是取消了從電機到工作臺（拖板）之間的機械傳動環(huán)節(jié)，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(zhuǎn)電機驅(qū)動方式無法達到的性能指標(biāo)和優(yōu)點。 1.高速響應(yīng) 由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時間常數(shù)較大的機械傳動件（如絲杠等），使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(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)動系統(tǒng)取消了由于絲杠等機械機構(gòu)產(chǎn)生的傳動間隙和誤差，減少了插補運動時因傳動系統(tǒng)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(qū)動

3、，避免了啟動、變速和換向時因中間傳動環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運動滯后現(xiàn)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(qū)動中，要滿足其超高速切削的最大進個速度（要求達60100M/min或更高）當(dāng)然是沒有問題的。也由于上述零傳動的高速響應(yīng)性，使其加減速過程大大縮短。以實現(xiàn)起動時瞬間達到高速，高速運行時又能瞬間準(zhǔn)停?？色@得較高的加速度，一般可達210g（g=9.8m/s2），而滾珠絲杠傳動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)直線電動機，就可以無限延長其

4、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(dǎo)軌又可采用滾動導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)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(huán)節(jié)，消除了機械摩擦?xí)r的能量損耗，傳動效率大大提高直線電機主要應(yīng)用場合： 一是應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)，這類應(yīng)用場合比較多； 其次是作為長期連續(xù)運行的驅(qū)動電機； 三是應(yīng)用在需要短時間、短距離內(nèi)提供巨大的直線運動能的裝置中。 直線電機可以在幾秒鐘內(nèi)把一架幾千公斤重的直升飛機拉到每小時幾百公里的速度，它在真空中運行時，其時速可達幾千上萬公里。 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、電機被用于生產(chǎn)輸送線，以及各種橫向或垂直運動的一些機械設(shè)備中；直線電機除具有高速、大推力的特點以外還具有低速、精細的另一特點，例如，步進直線電機，它可以做到步距為1m的精度，因此，直線電機又被應(yīng)用到許多精密的儀器設(shè)備中，例如計算機的磁頭驅(qū)動裝置、照相機的快門、自動繪圖儀、醫(yī)療儀器、航天航空儀器、各種自動化儀器設(shè)備等。 除此之外，直線電機還被用于各種各樣的民用裝置中，如電動門、電動窗、電動桌、椅的移動，門鎖、電動窗簾的開、閉等等，尤其在交通運輸業(yè)中，人們利用直線電機制成了時速達500km以上的磁浮列車。 直線電機憑借高速度、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)達國家則逐步采用了直線電機驅(qū)動的，由計算機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；丹麥CRISPLANT公司生產(chǎn)的高速包刷分揀機；瑞士、意大利等國的郵袋吊掛推式懸掛機等。與傳統(tǒng)的鏈傳動或連桿方式相比，直線電機驅(qū)動的物流系統(tǒng)具有高效、低噪、安全可靠、維護方便等優(yōu)點而獲得應(yīng)用者青睞。 我國貴陽普天通信機械廠與浙江大學(xué)研制成功的直線電機包刷分揀機，其性能優(yōu)于國外，其價格僅為國外的1/3。海關(guān)承擔(dān)著大量物品的進出分揀，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)提供直線電機驅(qū)動的物流分揀線，使用效果很好。 許多行業(yè)如電工、電子、機械、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，這些傳動方式往往噪聲大、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驅(qū)動，包括一些汽車生產(chǎn)線。在一些新穎的立體化倉庫的搬運系統(tǒng)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。 此外，直線電機還在水果和蔬菜的分類線上，商場的商品流動線上，餐館的食品流動線，

8、醫(yī)院的藥品、器械的輸送以及銀行、商場的票據(jù)傳送方面得到了應(yīng)用。 另外，直線電機應(yīng)用在數(shù)控機床驅(qū)動已經(jīng)商品化。采用直線伺服電機的高速加 工中心，已成為國際各大機床制造商競相研究和開發(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)動伺服執(zhí)行元件，直線伺服電機技術(shù)在國內(nèi)外也已進入工業(yè)化應(yīng)用階段。 1993年，德國和美國相繼推出由直線電機驅(qū)動的工作臺高速加工中心。1996年，日本研制成功采用直線電機的臥式加工中心、高速機床、超高速小型加工中心、超精密鏡面加工機床、高速成形機床等。我國浙江大學(xué)研制一種由直線電機驅(qū)動的沖壓機，浙江大學(xué)生產(chǎn)工程研究所設(shè)計用賀圓筒型直線電機驅(qū)動的并聯(lián)機構(gòu)坐標(biāo)測量機。2001年南京四開公司推出自行開發(fā)的采用直線電機直接驅(qū)動的，2003年中國國際機床展會上，展出北京電院高技術(shù)股份公司推出的直線電機加工中