現(xiàn)如今,直線電機(jī)應(yīng)用越來越廣泛,尤其是高端應(yīng)用場所取代絲桿+伺服是必然的趨勢,那什么是直線電機(jī)呢?

直線電機(jī)工作原理:

直線電機(jī)是指一種利用電磁作用原理,將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的驅(qū)動(dòng)裝置,它是一種能實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。

直線電機(jī)無論是從結(jié)構(gòu)上還是工作原理上看,都是從旋轉(zhuǎn)電機(jī)而來的。首先從結(jié)構(gòu)上來講,可以認(rèn)為直線電機(jī)是將旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿其軸向剖開,然后將其定子和轉(zhuǎn)子展開,變成如圖1所示的由定子和動(dòng)子組成的直線電機(jī)。



其次從工作原理來講,在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中,當(dāng)三相繞組中通入三相對稱正弦電流后,會(huì)在氣隙中產(chǎn)生按正弦分布的旋轉(zhuǎn)磁場。與此類似,在直線電機(jī)中通入三相電流后,也會(huì)在氣隙中產(chǎn)生磁場,如果不考慮端部效應(yīng),磁場在直線方向也呈正弦分布,只是這個(gè)磁場是平移而不是旋轉(zhuǎn)的,因此稱為行波磁場。行波磁場與次級相互作用便產(chǎn)生電磁推力,驅(qū)動(dòng)動(dòng)子沿定子作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。這就是直線電機(jī)運(yùn)行的基本原理。

直線電機(jī)分類:

由于直線電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)之間存在上述對應(yīng)關(guān)系,因此每種旋轉(zhuǎn)電機(jī)都有相應(yīng)的直線電機(jī),但直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式比旋轉(zhuǎn)電機(jī)更靈活,另外,由于直線電機(jī)的某些性能參數(shù)與應(yīng)用場合密切相關(guān),所以直線電機(jī)除了可按工作原理分類外,還可按結(jié)構(gòu)形式分類和性能分類。

按工作原理分類:如上所述,每種旋轉(zhuǎn)電機(jī)都有相應(yīng)的直線電機(jī)與之對應(yīng),即有:直線直流電機(jī)、直線感應(yīng)電機(jī)、直線同步電機(jī)、直線磁阻電機(jī)、直線壓電電機(jī)等。

按結(jié)構(gòu)形式分類:根據(jù)不同的使用場合,直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和分為:平板式、U 形、圓筒式,如下圖所示:

平板直線電機(jī)


U槽型直線電機(jī)


軸棒直線電機(jī)


直線電機(jī)應(yīng)用:

①高推力(高推力、大位移)直線電機(jī):其典型應(yīng)用行業(yè)有高速、高精數(shù)控機(jī)床、高速加工中心和并聯(lián)(桿機(jī)構(gòu))機(jī)床等;數(shù)控機(jī)械如傳輸機(jī)械、冶金機(jī)械、紡織機(jī)械等;及其他高速、高精且需要高推力、大位移的場合,如飛行模擬器、彈射器,加速滑軌等。

②高響應(yīng)(高頻響、小位移)直線電機(jī):其典型應(yīng)用行業(yè)有往返頻率高、位移小、推力不高的各類精密機(jī)床,如非圓截面加工機(jī)床、高速磨床、電火花成型加工機(jī)床等;快速成形、圖像傳遞、光電醫(yī)療、激光加工等設(shè)備或裝置上的三維振鏡掃描動(dòng)態(tài)聚焦系統(tǒng);電子制造行業(yè)的裝備:插件機(jī)、線路板檢測和鉆孔、半導(dǎo)體行業(yè):芯片加工、切片、連線、離子注入、光刻、芯片檢驗(yàn)等裝備;計(jì)算機(jī)外圍驅(qū)備:X-Y繪圖機(jī)、高速打印機(jī)、掃描儀、數(shù)控坐標(biāo)測量儀、軟盤驅(qū)動(dòng)設(shè)備等。

直線電機(jī)的特點(diǎn):

直線電機(jī)的特點(diǎn)在于直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng),與間接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的“旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠”相比,其優(yōu)點(diǎn)在于:(具體性能見表1):

1.沒有機(jī)械接觸,傳動(dòng)力是在氣隙中產(chǎn)生的,因此沒有金屬和金屬的接觸,除了導(dǎo)軌外沒有其它摩擦;

2.結(jié)構(gòu)簡單,體積小,以最少的零部件數(shù)量實(shí)現(xiàn)直線驅(qū)動(dòng),而且是只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)的部件;

3.行程理論上不受限制,而且性能不會(huì)因?yàn)樾谐痰母淖兌艿接绊懀?br />
4.可以提供很寬的速度范圍,從每秒幾微米到數(shù)米,特別是高速是其一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn);

5.加速度很大,最大可達(dá)10g;運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),這是因?yàn)槌似鹬巫饔玫闹本€導(dǎo)軌或氣浮軸承外,沒有其它機(jī)械連接或轉(zhuǎn)換裝置的緣故;

6.精度和重復(fù)精度高,因?yàn)橄擞绊懢鹊闹虚g環(huán)節(jié),系統(tǒng)的精度取決于位置檢測元件,有合適的反饋裝置可達(dá)亞微米級;

7.維護(hù)簡單,由于部件少,運(yùn)動(dòng)時(shí)無機(jī)械接觸,從而大大降低了零部件的磨損,只需很少甚至無需維護(hù),使用壽命更長。

直線電機(jī)缺點(diǎn):

以上特點(diǎn)可以看出直線電機(jī)具有作為伺服電機(jī)的全部特性,有著回轉(zhuǎn)式電機(jī)無可比的卓越性能。然而任何事物都具有兩面性,直線電機(jī)也有其缺點(diǎn)。首先直線電機(jī)端部磁場的畸變影響到行波磁場的完整性,使直線電機(jī)損耗增加,推力減少,而且存在較大的推力波動(dòng),這就是直線電機(jī)特有的"端部效應(yīng)(Edge Effect),直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了端部效應(yīng)是不可避免的。其次直線電機(jī)的控制難度大,因?yàn)樵陔姍C(jī)的運(yùn)行過程中負(fù)載(如工件重量、切削力等)的變化、系統(tǒng)參數(shù)攝動(dòng)和各種干擾(如摩擦力等),包括端部效應(yīng)都直接作用到電機(jī)上,沒有任何緩沖或削弱環(huán)節(jié),如果控制系統(tǒng)的魯棒性不強(qiáng),會(huì)造成系統(tǒng)的失穩(wěn)和性能的下降。其他缺點(diǎn)包括安裝困難、需要隔磁、效率低、成本高等。

直線電機(jī)模組核心組成:
直線電機(jī)(動(dòng)定子)
直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
導(dǎo)軌(精度高,不易變形,性價(jià)比高)
光柵尺或磁柵尺(高分辨率,安裝方便,性價(jià)比高)

機(jī)械設(shè)計(jì)及加工件

客戶可根據(jù)自己需求自行選購組裝,定制直線電機(jī)模組平臺(tái)