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轴承知识

浅谈直线电机的应用

发布时间:2019-11-10

梁嵩
(武汉城市职业学院,湖北武汉,430064)
  摘 要:简要介绍直线电机在轨道交通运输、机械设备、物料搬运等多领域的实际应用情况,分析各方面应用的优势和成果,指出直线电机的应用前景,将是未来的发展方向。
  关键词:直线电机;磁悬浮;直接传动
  1 概述
  直线电机也称线性电机,线性马达,直线马达。常用的直线电机有平板式、U型槽式和管式等。直线电机可以认为是旋转电机在结构上沿径向展开,平铺而成。因为直线电机无需把圆周运动转化成直线运动,所以省去了大量的传动机构,大大简化系统的结构,体积和重量大大降低,同时传动功耗也得到减少,效率也得到提高。
  由于自动化控制技术以及微型计算机技术的快速发展,直线电机的应用效果在很多方面得到完善,如定位精度方面、响应速度等等。为此,近年来许多国家都在积极研究直线电机的应用,这让直线电机的应用推广越来越丰富。
  2 直线电机应用
  2.1轨道交通方面
  直线电机应用首当其冲的是磁悬浮列车方面,而磁悬浮列车的承载结构主要分为常导吸浮型和超导斥浮型两类。
  常导吸浮:是指直线电机导体线圈在常温下工作,磁场极性相异产生吸力为原理使列车悬浮,通常称为常导吸浮型,主要代表为德国的磁悬浮。
  超导斥浮:是指直线电机线圈在低温时的超导效果,形成抗磁性磁极斥力作用为原理,通常称为超导斥浮型,主要代表为日本的磁悬浮。
  传统轨道交通的造价上涨、运营提速,使得磁悬浮的应用前景一片光明。加上电力技术和控制技术的不断发展,使其与传统轨道交通有着巨大的竞争力。
  2.2机械设备方面
  由于直线电机的线性运动的特点,在机械设备和机电设备上都有广泛的应用。直线电机驱动的各种数控机床,在机械加工方面多用于往复运动的动力源,替代了传统机械丝杆传动。
  在冶金设备中,电磁泵、金属搅拌器;纺织设备中,电梭子、割麻装置;自动化仪表设备中,电动执行机构。
  传统的传动过程中,电动机需要利用皮带、丝杠副、齿轮、蜗轮蜗杆、联轴器、离合器等中间环节。在这些环节中都具有较大的转动惯量、弹性变形、运动滞后、摩擦、反向间隙、振动、噪声甚至磨损。直线电机能从根本上解决这些问题,即取消这些中间环节。这无疑是工业设备的又一次阶段性提升。
  国内的直线电机研究从1995年就已经开始,如清华大学的长行程永磁直线伺服系统,国防科技大学的活塞非圆切削刀具等。还有一些企业也进行直线电机应用如平面磨床、激光切割机、加工中心等,取得了丰富的实际应用效果,积累了大量的应用经验。
  2.3物料搬运方面
  直线电机在各种物料搬运方面具有很多独特的优势,如:直线电机的电梯垂直升降应用;直线电机的快递包裹、行李、原材料等的水平运输分拣;直线电机在各种流水线上的加工、生产、装配、检测工序转换;甚至在立体车库的储藏和调度方面。
  这些物料搬运设备采用直线电机作为驱动系统,能适应多批量的灵活安排需求。与传统的传输设备相比,直线电机驱动的传送带安全性、稳定性、维修效率、耗能方面都具有很高的价值和意义,甚至还有用于核废料的搬运的直线电机设备。
  2.4其他方面
  民用行业方面直线电机应用也有很多推广,如:门窗、桌椅等。还有用直线电机驱动的洗衣机、打磨机、烘干机、切割工具等。
  电脑光驱设备,外围接口设备,电子仪器仪表中也有很多直线电机的存在,如扫描仪、打印机。办公自动化设备中如绘图仪、记录仪等有所应用。
  军事上的应用更是不少,电磁炮、航空母舰的电磁弹射装置等等;航空航天方面,卫星和航天飞船上也应用了直线电机。
  3 发展方向
  高精度方面,通过不断的伺服驱动技术研究,配合磁路电路的制造工艺,提高直线伺服系统的适应性和设备应用的集成度。选择和研发优良的传感器,一同构建高效闭环伺服系统,让直线电机的应用精度突破传统层次。
  大载荷方面,新材料的研究和发现,以及常温超导的技术的突破,能为直线电机的重载应用,奠定坚实的基础。常温超导的发展也为电机的发展提供了新的可能性。降低谐波畸变率,能使过载能力得到极大提高。
  成本控制方面,不断进行工艺改造,利用先进生产技术,为直线电机的制造拓宽道路。在寻求高性能直线电机伺服控制策略方面通过大量的研究和实践,提出了新思路,新方案。随着被控对象的复杂化及控制要求的不断提高,可采用多种控制策略相结合的方法,把不同的控制策略进行汇总形成复合控制方案,这也是为应用发展的一大趋势。
  高可靠性方面,为了解决直线电机在数控机床进给系统中的应用存在的问题,利用位置反馈、控制技术的有效应用配合,使各功能部件(电机、编码器、轴承、接线器、电缆、导轨等)集成化、小型化、模块化,以提高稳定性和可靠性。减小电机尺寸所产生的散热问题,可以从结构设计上进行不断尝试。
  隔磁与防护也是直线电机在的发展要求,比如机床很难过切削液、铁屑、灰尘等会对电机污染腐蚀,有的甚至堵塞,必须封闭电机。永磁对铁磁物质的强吸引力存在,为了可靠隔磁,可采用不锈钢罩进行封闭。直线电机还需要有缓冲装置和限位开关,防止动子失控碰撞。电缆线也要加保护,信号线也要加屏蔽措施。
  虽然直线电机在某些应用方面无法与旋转电机相比,但是在旋转电机应用瓶颈的那些领域,直线电机有着无限广阔的前景。
  4 结束语
  直线电机优点很多,如结构简单、无磨差、噪声低、高速度、高精度、大载荷等,但是缺点也仍然存在,由于磁路开断、安装气隙等。权衡利弊才是选择和应用直线电机的关键,选择能够充分发挥优势的直线电机应用方向,才能够克服直线电机的缺点,完善直线电机的优点,将它的高效和便利发挥出来。直线电机不仅需要新材料、新工艺,还需要新技术的应用和新标准的建立。积极开发直线电机的新产品,不仅能促进我国电机行业的发展,而且还可把我国电机行业的科学技术提高到一个新水平。
  参考文献
  [1]叶云岳.直线电机在现代机床加工业中的应用[R].中国机械工程学会报告,2007,11.
  [2]王伟进.直线电机的发展及应用概况[J].微电机,2004,37.
  [3]张伯霖.直线电机及其在超高速机床上的应用[J].中国机械工程,1997,8.
  [4]张伟.线电机驱动技术在高速机床上的应用[J].机械工程师,2012.
  [5]柯红金.数控机床用直线电动机控制技术[J].机械制造与自动化,2012.
来源:《科技创新与应用》2016年36期
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