直線電機是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運動機械能,而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉(zhuǎn)電機按徑向剖開,并展成平面而成。
按結(jié)構(gòu)形式分類:
根據(jù)不同的使用場合,直線電機的結(jié)構(gòu)形式和分為:
(平板式直線電機)
(U 形直線電機)
(圓筒式直線電機)
應(yīng) 用
直線電機主要應(yīng)用于三個方面: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。
按應(yīng)用場合對性能參數(shù)的要求不同分類:
①高推力(高推力、大位移)直線電機:其典型應(yīng)用行業(yè)有高速、高精數(shù)控機床、高速加工中心和并聯(lián)(桿機構(gòu))機床等;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: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床。
直線電機的特點:
在直線電機出現(xiàn)以前,所有直線運動不得不從旋轉(zhuǎn)機械通過使用滾珠或滾柱絲杠或帶或滑輪轉(zhuǎn)換而來。對許多應(yīng)用,如遇到大負載而且驅(qū)動軸是豎直面的。這些方法仍然是最好的。然而,直線電機比機械系統(tǒng)比有很多獨特的優(yōu)勢,如非常高速和非常低速,高加速度,幾乎零維護(無接觸零件),高精度,無空回。完成直線運動只需電機無需齒輪,聯(lián)軸器或滑輪,對很多應(yīng)用來說很有意義的,把那些不必要的,減低性能和縮短機械壽命的零件去掉了。
1.結(jié)構(gòu)簡單。直線電機不需要經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)而直接產(chǎn)生直線運動,使結(jié)構(gòu)大大簡化,運動慣量減少,動態(tài)響應(yīng)性能和定位精度大大提高;同時也提高了可靠性,節(jié)約了成本,使制造和維護更加簡便。它的初次級可以直接成為機構(gòu)的一部分,這種獨特的結(jié)合使得這種優(yōu)勢進一步體現(xiàn)出來。
2.適合高速直線運動。因為不存在離心力的約束,普通材料亦可以達到較高的速度。而且如果初、次級間用氣墊或磁墊保存間隙,運動時無機械接觸,因而運動部分也就無摩擦和噪聲。這樣,傳動零部件沒有磨損,可大大減小機械損耗,避免拖纜、鋼索、齒輪與皮帶輪等所造成的噪聲,從而提高整體效率。泰科貝爾直線電機最大速度可達20m/s。
3.初級繞組利用率高。在直線感應(yīng)電機中,初級繞組是餅式的,沒有端部繞組,因而繞組利用率高。
4.無橫向邊緣效應(yīng)。橫向效應(yīng)是指由于橫向開斷造成的邊界處磁場的削弱,而圓筒型直線電機橫向無開斷,所以磁場沿周向均勻分布。
5.容易克服單邊磁拉力問題。徑向拉力互相抵消,基本不存在單邊磁拉力的問題。
6.易于調(diào)節(jié)和控制。通過調(diào)節(jié)電壓或頻率,或更換次級材料,可以得到不同的速度、電磁推力,適用于低速往復運行場合。
7.適應(yīng)性強。直線電機的初級鐵芯可以用環(huán)氧樹脂封成整體,具有較好的防腐、防潮性能,便于在潮濕、粉塵和有害氣體的環(huán)境中使用;而且可以設(shè)計成多種結(jié)構(gòu)形式,滿足不同情況的需要。
8.高加速度。這是直線電機驅(qū)動,相比其他絲杠、同步帶和齒輪齒條驅(qū)動的一個顯著優(yōu)勢。
9.精度方面。直線電機因傳動機構(gòu)簡單,定位精度、重復精度,通過位置檢測反饋控制都會較“旋轉(zhuǎn)伺服電機滾珠絲杠”高,且容易實現(xiàn)。直線電機定位精度可達±0.1μm,甚至更高。而“旋轉(zhuǎn)伺服電機滾珠絲杠”最高只能達到10μm。
10.速度方面。直線電機具有相當大的優(yōu)勢,直線電機速度達到5m/s時,加速度達到10g;而滾珠絲杠速度為2m/s時,加速度為僅為1.5g。從速度上和加速度的對比上,直線電機具有相當大的優(yōu)勢,而且直線電機在成功解決發(fā)熱問題后速度還會進一步提高,而“旋轉(zhuǎn)伺服電機滾珠絲杠”在速度上卻受到限制很難再提高較多。
11.壽命方面。直線電機因運動部件和固定部件間有安裝間隙,無接觸,不會因動子的高速往復運動而磨損,長時間使用對運動定位精度無變化,適合高精度的場合。滾珠絲杠則無法在高速往復運動中保證精度,因高速摩擦,會造成絲杠螺母的磨損,影響運動的精度要求。對高精度的需求場合無法滿足。