微特直線電動機(jī)開發(fā)應(yīng)用的前景
丁志剛（寧波大學(xué)）
【摘 要】總結(jié)過去直線電動機(jī)開發(fā)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，指出直線電動機(jī)只有充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，才可能找到直線電動機(jī)獨(dú)特的應(yīng)用領(lǐng)域。文中介紹微特直線電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，并具體介紹從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料的選擇來保證充分發(fā)揮微特直線電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，增強(qiáng)競爭力。
【敘 詞】微 電機(jī)特殊電機(jī)直線電動機(jī)開發(fā)應(yīng)用 1引 言
直線電動機(jī)是一種利用電能直接產(chǎn)生直線運(yùn)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(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，并形成了大批量國際商品。盡管在實(shí)際生活中存在著許多需要直線運(yùn)動的地方，但這些地方的直線運(yùn)動驅(qū)動源過去幾乎全部采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)及外加一套由旋轉(zhuǎn)到直線運(yùn)動的變換裝置。直線電動機(jī)之所以沒有引起人們重視，是因?yàn)槿藗冞�沒有真正認(rèn)識它的特性，或者只看到它們的缺點(diǎn)，沒有看到它們的優(yōu)點(diǎn)。在開發(fā)應(yīng)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(jī)開發(fā)應(yīng)用的歷史經(jīng)驗(yàn)說明，直線電動機(jī)只有向著其它直線運(yùn)動驅(qū)動裝置（包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)在內(nèi)）所不能滿足，或者使用旋轉(zhuǎn)電機(jī)有困難，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不如直線電機(jī)的領(lǐng)域發(fā)展，才可能找剄一條直線電動機(jī)能發(fā)揮本身特長的應(yīng)用領(lǐng)域。
微特直線電動機(jī)是一種小型的增量直線運(yùn)動電機(jī)，多半用在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、自動化儀器儀表、需要精密直線位移和運(yùn)動的機(jī)械手及機(jī)器人中[2,3]。
20年來，隨著自動控制技術(shù)和微計(jì)算機(jī)應(yīng)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(jī)再加上由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本�運(yùn)動的裝置已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代自動控制系統(tǒng)的技術(shù)要求，從而就顯示出微特直線電機(jī)固有的優(yōu)越性。
2微特直線電動機(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn)
2.1主要優(yōu)點(diǎn)
2.1.1結(jié)構(gòu)簡單
在需要精密直線運(yùn)動的地方，例如筆式長圖記錄儀、X-Y記錄儀、繪圖機(jī)等，采用直線電動機(jī)就可以直接帶動繪圖筆作直線運(yùn)動，而不需要像傳統(tǒng)直線運(yùn)動驅(qū)動裝置那樣采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成所需要的直線運(yùn)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(yùn)動的地方，直線電動機(jī)可以實(shí)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(jī)控制，還可以大大提高定位精度。
2.1.3反應(yīng)速度快靈敏度高及隨動性好
微特直線電動機(jī)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(jī)可以實(shí)現(xiàn)無接觸傳遞力，沒有什么機(jī)構(gòu)磨損，故障少，幾乎不需要維修，不怕反復(fù)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(diǎn)
在交流激磁時，在平板型直線電動機(jī)結(jié)構(gòu)中定、動子之間的氣隙很難做到像對應(yīng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)氣隙那樣小。氣隙大的結(jié)果，使電機(jī)功率因數(shù)和效率較低。
另外直線電動機(jī)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(yùn)動軸承。
3微特直線電動機(jī)開發(fā)應(yīng)用的途徑
過去直線電動機(jī)開發(fā)應(yīng)用的歷史經(jīng)驗(yàn)說明，只有充分發(fā)揮直線電動機(jī)本身的優(yōu)點(diǎn)，努力克服其缺點(diǎn)，才可能找到直線電動機(jī)廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。20年來，世界各國在開發(fā)應(yīng)用微特直線電動機(jī)方面，已經(jīng)有了很多好的經(jīng)驗(yàn)。
a．微特直線電動機(jī)的設(shè)計(jì)要緊密配合它所在的自動控制系統(tǒng)的技術(shù)要求，進(jìn)行機(jī)、電、控制系統(tǒng)一體化的設(shè)計(jì)。
從國際市場上看，微特直線電動機(jī)都是隨同它所在的自動化儀器設(shè)備或計(jì)算機(jī)成套設(shè)備一起進(jìn)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(jī)和磁盤驅(qū)動器等都采用了微特直線電動機(jī)作為直線運(yùn)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(jī)、電、控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)后****成套生產(chǎn)。
機(jī)、電、控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)，可以全面考慮各方面的特點(diǎn)和優(yōu)勢，促使儀器設(shè)備總體的（性能／價格）比****。
b．創(chuàng)新微特直線電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工藝是提高該類電機(jī)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵。
設(shè)法從結(jié)構(gòu)沒計(jì)和工藝措施上保證微特直線電動機(jī)定、動子之間具有較小的氣隙、運(yùn)行銅耗和鐵耗，這是提高直線電動機(jī)推力／輸入功率和推力／體積等性能指標(biāo)的關(guān)鍵，也是增加微特直線電動機(jī)生存競爭力的關(guān)鍵，通常主要的措施有：
a．微特直線電動機(jī)盡量采用圓筒形結(jié)構(gòu)方案。這樣，電機(jī)定、動子之間的氣隙可以通過間一機(jī)床加工來做到與對應(yīng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的氣隙尺寸有相同的數(shù)量級，增加了和旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(jī)銅線有效材料的利用率。力圖增加電機(jī)工作磁通的比例，減少無用的漏磁通，從而減少電機(jī)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(jī)的運(yùn)行效率（見圖1，2）。
4結(jié)語
在需要精密直線運(yùn)動的自動化儀器設(shè)備中.采用微特直線電動機(jī)可以做到精度高、反應(yīng)靈敏、快速性好、儀器設(shè)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(jī)應(yīng)用機(jī)種，是有關(guān)自動化儀器設(shè)備更新?lián)Q代的理想直線運(yùn)動驅(qū)動源，可見，微特直線電動機(jī)開發(fā)應(yīng)用的前景廣闊。
無刷伺服電機(jī)
英國Moog Controls公司研制出一種外形尺寸為55mm的無刷伺服電機(jī)，這種D312系列電機(jī)有四種型式，具有功率系數(shù)大的優(yōu)點(diǎn)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時輸出力矩可達(dá)1. 45Nm，****可達(dá)5. 7Nm，轉(zhuǎn)速高達(dá)9 000r/min，
這種電機(jī)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(lǐng)域。防爆電機(jī)
英國Moog Controls公司研制出兩種防爆無刷伺服電機(jī)，特別適合用在包裝、自動印刷、攪拌等機(jī)械上及化工領(lǐng)域。
防爆等級的提高增加了安全性，也就是說在電機(jī)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(diǎn)火溫度超過200℃的環(huán)境使用。這種電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時輸出力矩達(dá)4. 2Nm，****可達(dá)12Nm，電機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá)3 000r/min。
(楊大偉譯自《World s New Products》Feb．1994)
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