微特直線電動機開發(fā)應用的前景
丁志剛（寧波大學）
【摘 要】總結(jié)過去直線電動機開發(fā)應用的經(jīng)驗教訓，指出直線電動機只有充分發(fā)揮其優(yōu)點，克服其缺點，才可能找到直線電動機獨特的應用領域。文中介紹微特直線電動機的優(yōu)點和缺點，并具體介紹從結(jié)構(gòu)設計和材料的選擇來保證充分發(fā)揮微特直線電動機的優(yōu)點，克服其缺點，增強競爭力。
【敘 詞】微 電機特殊電機直線電動機開發(fā)應用 1引 言
直線電動機是一種利用電能直接產(chǎn)生直線運動的電氣裝置。這種電氣裝置早在1845年就有人提出，但是，直到近20年才真正被開發(fā)出來，應用在工業(yè)生產(chǎn)中，并形成了大批量國際商品。盡管在實際生活中存在著許多需要直線運動的地方，但這些地方的直線運動驅(qū)動源過去幾乎全部采用旋轉(zhuǎn)電機及外加一套由旋轉(zhuǎn)到直線運動的變換裝置。直線電動機之所以沒有引起人們重視，是因為人們還沒有真正認識它的特性，或者只看到它們的缺點，沒有看到它們的優(yōu)點。在開發(fā)應用時沒有充分發(fā)揮其長處，避免和克服其短處。直線電動機開發(fā)應用的歷史經(jīng)驗說明，直線電動機只有向著其它直線運動驅(qū)動裝置（包括旋轉(zhuǎn)電機在內(nèi)）所不能滿足，或者使用旋轉(zhuǎn)電機有困難，技術經(jīng)濟指標不如直線電機的領域發(fā)展，才可能找剄一條直線電動機能發(fā)揮本身特長的應用領域。
微特直線電動機是一種小型的增量直線運動電機，多半用在計算機外圍設備、自動化儀器儀表、需要精密直線位移和運動的機械手及機器人中[2,3]。
20年來，隨著自動控制技術和微計算機應用的快速發(fā)展，對自動化儀表的精度提出了更高的要求。在這種情況下，傳統(tǒng)的由旋轉(zhuǎn)電機再加上由旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本�運動的裝置已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)的技術要求，從而就顯示出微特直線電機固有的優(yōu)越性。
2微特直線電動機的主要優(yōu)缺點
2.1主要優(yōu)點
2.1.1結(jié)構(gòu)簡單
在需要精密直線運動的地方，例如筆式長圖記錄儀、X-Y記錄儀、繪圖機等，采用直線電動機就可以直接帶動繪圖筆作直線運動，而不需要像傳統(tǒng)直線運動驅(qū)動裝置那樣采用旋轉(zhuǎn)電機再帶動一套絲桿、齒輪和拉線系統(tǒng)等一套附加裝置，把來自電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成所需要的直線運動，因而使儀器總體結(jié)構(gòu)大為簡化。
2.1.2定位精度高
在需要精密直線運動的地方，直線電動機可以實現(xiàn)直接傳動，因而可以消除原有的中間環(huán)節(jié)所帶來的齒間隙、死區(qū)、打滑等影響定位精度的不良因素。如采用微機控制，還可以大大提高定位精度。
2.1.3反應速度快靈敏度高及隨動性好
微特直線電動機較容易敞到無接觸傳遞推力，這就消除了定、動子之間的接觸摩擦阻力，因而大大提高了自動化儀表的靈敏度、快速性和隨動性。
2.1.4工作長期穩(wěn)定可靠和壽命長
微特直線電動機可以實現(xiàn)無接觸傳遞力，沒有什么機構(gòu)磨損，故障少，幾乎不需要維修，不怕反復起動和制動，不怕震動和沖擊，因此工作穩(wěn)定可靠，壽命長。
2.2主要缺點
在交流激磁時，在平板型直線電動機結(jié)構(gòu)中定、動子之間的氣隙很難做到像對應旋轉(zhuǎn)電機氣隙那樣小。氣隙大的結(jié)果，使電機功率因數(shù)和效率較低。
另外直線電動機定、動子之間的支撐還沒有得到很好的解決，還沒有好的直線運動軸承。
3微特直線電動機開發(fā)應用的途徑
過去直線電動機開發(fā)應用的歷史經(jīng)驗說明，只有充分發(fā)揮直線電動機本身的優(yōu)點，努力克服其缺點，才可能找到直線電動機廣闊的應用領域。20年來，世界各國在開發(fā)應用微特直線電動機方面，已經(jīng)有了很多好的經(jīng)驗。
a．微特直線電動機的設計要緊密配合它所在的自動控制系統(tǒng)的技術要求，進行機、電、控制系統(tǒng)一體化的設計。
從國際市場上看，微特直線電動機都是隨同它所在的自動化儀器設備或計算機成套設備一起進行展銷的。倒如丹麥B．K.公司的電平記錄儀230,5～2307，英國FosterCombridge公司的筆式記錄儀pl011，～P.1 021，瑞士的BB(:和德國的Flexa Coii-trols的PlOOI，～P250I。小型記錄儀。美國的惠普(H.P)公司的X-Y記錄儀，IBM公司的快速打印機和磁盤驅(qū)動器等都采用了微特直線電動機作為直線運動驅(qū)動源，并已在國際市場上形成了批量商品。這些成套產(chǎn)品和商品，都是由各公司通過機、電、控制系統(tǒng)一體化設計后****成套生產(chǎn)。
機、電、控制系統(tǒng)一體化設計，可以全面考慮各方面的特點和優(yōu)勢，促使儀器設備總體的（性能／價格）比****。
b．創(chuàng)新微特直線電動機的結(jié)構(gòu)和工藝是提高該類電機技術經(jīng)濟指標的關鍵。
設法從結(jié)構(gòu)沒計和工藝措施上保證微特直線電動機定、動子之間具有較小的氣隙、運行銅耗和鐵耗，這是提高直線電動機推力／輸入功率和推力／體積等性能指標的關鍵，也是增加微特直線電動機生存競爭力的關鍵，通常主要的措施有：
a．微特直線電動機盡量采用圓筒形結(jié)構(gòu)方案。這樣，電機定、動子之間的氣隙可以通過間一機床加工來做到與對應旋轉(zhuǎn)電機的氣隙尺寸有相同的數(shù)量級，增加了和旋轉(zhuǎn)電機相比較酌競爭力（見圖1，2）。
b．盡量減少或消除線圈端部無效部分長度，提高電機銅線有效材料的利用率。力圖增加電機工作磁通的比例，減少無用的漏磁通，從而減少電機的銅耗與鐵耗（見圖1，2）。
c．盡量采用永磁材料激磁，提高電機的運行效率（見圖1，2）。
4結(jié)語
在需要精密直線運動的自動化儀器設備中.采用微特直線電動機可以做到精度高、反應靈敏、快速性好、儀器設備總體結(jié)構(gòu)簡單、提及小，成本低，是一種大有發(fā)展前途的直線電動機應用機種，是有關自動化儀器設備更新?lián)Q代的理想直線運動驅(qū)動源，可見，微特直線電動機開發(fā)應用的前景廣闊。
無刷伺服電機
英國Moog Controls公司研制出一種外形尺寸為55mm的無刷伺服電機，這種D312系列電機有四種型式，具有功率系數(shù)大的優(yōu)點，連續(xù)運轉(zhuǎn)時輸出力矩可達1. 45Nm，****可達5. 7Nm，轉(zhuǎn)速高達9 000r/min，
這種電機主要與控制電子儀器配套，適合用于要求轉(zhuǎn)速高、力矩大且空間有限或不易接近的場所，特別適合用在要求尺寸小、重量輕的自動化領域。防爆電機
英國Moog Controls公司研制出兩種防爆無刷伺服電機，特別適合用在包裝、自動印刷、攪拌等機械上及化工領域。
防爆等級的提高增加了安全性，也就是說在電機的內(nèi)部和外部減小了溫度過高或產(chǎn)生電弧的可能性。安全等級EExe Ic T3允許電饑在氣體點火溫度超過200℃的環(huán)境使用。這種電機連續(xù)運轉(zhuǎn)時輸出力矩達4. 2Nm，****可達12Nm，電機轉(zhuǎn)速高達3 000r/min。
(楊大偉譯自《World s New Products》Feb．1994)
|
