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从直线电机的驱动技术了解它的工作原理

  • 发布时间:2021-01-14      来源:JZ Robot      作者:JZ Editor      已有 人浏览

引言:直线电机是各类超高速、精密机床的理想传动方式。本文从直线电机的驱动技术介绍它的工作原理,介绍了直线电机在各类加工设备上的应用情况与研究动态。

  直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能,而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开,并展成平面而成。直线电机也称线性电机,线性马达,直线马达,推杆马达,多用于工业机器人、桁架机器人等。最常用的直线电机类型是平板式和U型槽式,和管式。线圈的典型组成是三相,由霍尔元件实现无刷换相。

  直线电机驱动技术是近10年发展起来的一种新型进给传动方式,在各类高速、精密加工设备上具有广泛的应用前景。直线电机在机床进给伺服系统中的应用,近几年来已在世界机床行业得到重视,并在西欧工业发达地区掀起“直线电机热”。下面,我们就来介绍直线电机的驱动技术。

  直线电机驱动技术

  在机床进给系统中,采用直线电机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到工作台(拖板)之间的一切机械中间传动环节,把机床进给传动链的长度缩短为零。这种传动方式被称为“零传动”。正由于这种“零传动”方式,带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和一定优点。

直线电机
直线电机

  1、高速响应

  由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件,使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高,反应异常灵敏快捷。

  2、精度

  直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来的跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制,即可大大提高机床的定位精度。

  3、动刚度高

  由于“直接驱动”,避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象,同时提高了其传动刚度。

  4、速度快、加减速过程短

  由于直线电机最早主要用于磁悬浮列车(时速可达500Km/h),所以用在机床进给驱动中,要满足其超高速切削的最大进个速度(要求达60~100M/min或更高)当然是没有问题的。也由于上述零传动的高速响应性,使其加减速过程大大缩短。以实现起动时瞬间达到高速,高速运行时又能瞬间准停。可获得较高的加速度,一般可达(2~10)g(g=9.8m/s2),而滚珠丝杠传动的最大加速度只有(0.1~0.5)。

  5、行程长度不受限制

  在导轨上通过串联直线电机,就可以无限延长其行程长度。

  6、动安静、噪音低

  由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦,且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨(无机械接触),其运动时噪音将大大降低。

  7、效率高

  由于无中间传动环节,消除了机械摩擦时的能量损耗。科尔摩根PLATINNM DDL系列直线电机和SERVOSTAR CD系列数字伺服放大器构成一种典型的直线永磁伺服系统,它能提供很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度、高的定位精度和平滑的无差运动。

直线电机
直线电机

  直线电机工作原理

  直线电机的工作原理与旋转电机相似,它也有直流、交流、步进、永磁、电磁、同步和异步等多种类型。从其结构来讲,它又有动圈式、动铁式、平板型和圆筒型等形式。

  直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能,而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开,并展成平面而成。由定子演变而来的一侧称为初级,由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时,将初级和次级制造成不同的长度,以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级,也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用,目前一般均采用短初级长次级。

  以直线感应电机为例:当初级绕组通入交流电源时,便在气隙中产生行波磁场,次级在行波磁场切割下,将感应出电动势并产生电流,该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定,则次级在推力作用下做直线运动;反之,则初级做直线运动。一个直线电机应用系统不仅要有性能良好的直线电机,还必须具有能在安全可靠的条件下实现技术与经济要求的控制系统。

  文中通过对直线电机驱动技术的介绍,我们了解了直线电机的一些优点,同时也知道了直线电机的驱动技术和工作原理。随着新型磁性材料和电机专用冷却方法的出现,随着机床高速化、精密化的进一步发展,直线电机在机床上的应用必定会越来越广泛。更多直线电机的知识和应用,请关注我们吧。

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