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浅谈直线电机的应用及发展

发布日期:2017/11/22 16:22:41 访问次数:5576

1.概述
直线电机不需要中间传动,直接将电能转换为直线运动,驱动机器工作。早在170多年前,直线电机的想法就被提出,并且制作出了雏形。直到二十世纪初期,直线电机的研究一直没有太大的进展。从二十世纪五十年代中期,随着制造技术、工程材料以及控制技术的发展,直线电机的研究状况才有了很大的改善。如今直线电机越来越成熟,应用范围越来越广泛。在交通运输、机械工业和仪器工业当中,直线电机已得到推广和应用。其具有高精度、高速度、响应快速的优点,具有很好的应用和发展前景。
2.直线电机的应用
2.1 直线电机在交通运输中的应用
提到在交通运输行业中的应用,最先要说的则是如今热门的磁悬浮列车。一般的列车由于存在车轮与铁轨的摩擦,限制了其速度的提高。而磁悬浮列车是利用磁力将列车悬浮起来,使列车与轨道没有接触,减小了摩擦,从而提高了车速。这种列车的运动就是由直线电机驱动的。列车的悬浮分为两种方式,一种是常导磁吸式(EMS),另一种是超导磁斥式(EDS)。常导磁吸式利用安装在车辆两侧转向架上的悬浮电磁铁和铺设在线路导轨上的磁铁,在磁场作用下,产生吸引力,是列车悬浮起来。超导磁斥式是在车辆底部安装超导磁体,在轨道两侧铺设铝环线圈,当列车运行时,给车上的线圈通电,产生磁场,轨道两侧的铝环与之相切产生与车辆上超导磁体方向相反的磁场,两个磁场产生排斥力,这个排斥力使列车悬浮起来。磁悬浮列车运行平稳,噪声小,没有颠簸。磁悬浮列车的一系列优点使其拥有广阔的应用前景。除了在磁悬浮列车上应用了直线电机,在地铁、高速电力机车中也有直线电机的应用。
2.2 直线电机在数控机床中的应用
传统的数控机床使用旋转电机,然后再通过传动机构将旋转运动转换位直线运动。由于中间传动机构一定会存在传动误差,使机床的加工精度受到影响。在对加工精度要求较高的场合,这种传统的数控机床已无法满足加工要求。而直线电机可以将电能直接转化为直线运动,省略了中间的传动机构,减小了传动误差和机械磨损,从而保证了机床的高精度和使用寿命。直线电机拥有很大的加速度,因此在加工时,可以很快到达高切削速度对工件进行切削。在对加工切削力要求不大,对动态特性与运动精度要求较高的场合,直线电机有很大的应用优势。目前的机械制造业中,直线电机已经广泛的应用于高速铣床、激光加工机床、磨床、加工中心等制造设备。如今直线电机的推广与使用也是数控机床的一个重要发展方向,随着直线电机的进一步发展,对现代机床制造业的发展会有很好的推动作用。
2.3 直线电机在其他方面的应用
在机械工业上,直线电机除了用在数控机床上之外,还应用在冲床、吊车传动、门阀的开闭与驱动、螺旋压力机等。因为直线电机的特点使其在物料的搬运与输送方面也很有优势,如直线电机电梯、升降机、行李分拣输送线,各种工业加工生产线、装配线、检查线,商场的货物输送,仓库的物料搬运等。直线电机在民用方面的应用也有很多,如驱动门、窗子与窗帘、餐桌、椅子等,洗衣机、电驱动晾衣架等电动工具。办公的数字扫描仪与打印机等也使用了直线电机进行驱动。在军事方面的应用有电磁炮、潜艇等装备,卫星和飞船的一些构件的驱动也采用了直线电机。
3.直线电机的发展方向
3.1 完善直线电机的设计理论
直线电机的工作原理大体可以理解为将旋转电机的定子与转子展开成直线,分别成为直线电机的初级和次级。给其初级通电产生一个气隙磁场,这个磁场的磁感应强度会按通电顺序做直线移动,相当于旋转电机定子绕组产生的旋转磁场。然后移动的磁场使次级切割磁感线产生感应电动势和感应电流,又受洛仑兹里的作用使次级顺着磁场的移动方向移动。虽然直线电机与旋转电机有一定程度的相似,但旋转电机的相关设计理论不能直接用在直线电机上,因为两种电机在性能与结构上有很大的不同。因此直线电机的设计还要投入更多的研究,以使其设计理论更加成熟。
3.2 提高直线电机的精度、速度与推力
精度的提高可以通过使用和研发更高效的闭环伺服系统,以反馈的方式提高精度。提高电机的速度,同时保证拥有较高的推力是研究直线电机的一个重要方向。机械加工中高速和超高速切削以及交通运输行业都要求直线电机要提高其速度与推力。
3.3 研究直线电机的性能测试方法
直线电机的性能测试包括静态性能测试与动态性能测试。目前直线电机的性能测试方法有些参照旋转电机的试验方法,有些针对直线电机设计了特定的试验方法,但一直没有统一的标准与方法。不能制定出标准对直线电机的发展有一定的限制。因此在直线电机的性能测试方法上也应该投入更多的研究。
4.结语
直线电机结构简单、重量轻、惯性小、运转速度快、响应速度快、加速度快、精度高、噪声低等许多优点,其带动直线运动的负载还可以省略中间的传动装置。直线电机设计理论和制造技术的不断发展,将会使其性能更好,应用范围更加广泛。积极研究开发直线电机,不止使我国电机行业达到更高水平,同时还会带动交通运输、机械制造等一系列产业的进步,开辟新一代驱动模式。
参考文献:
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