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直线电机特点简介

(1)结构简单。管型直线电机不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动,使结构大大简化,运动惯量减少,动态响应性能和定位精度大大提高;同时也提高了可靠性,节约了成本,使制造和维护更加简便。它的初次级可以直接成为机构的一部分,这种独特的结合使得这种优势进一步体现出来。   (2)适合高速直线运动。因为不存在离心力的约束,普通材料亦可以达到较高的速度。而且如果初、次级间用气垫或磁垫保存间隙,运动时无机械接触,因而运动部分也就无摩擦和噪声。这样,传动零部件没有磨损,可大大减小机械损耗,避免拖缆、钢索、齿轮与皮带轮等所造成的噪声,从而提高整体效率。   (3)初级绕组利用率高。在管型直线感应电机中,初级绕组是饼式的,没有端部绕组,因而绕组利用率高。   (4)无横向边缘效应。横向效应是指由于横向开断造成的边界处磁场的削弱,而圆筒型直线电机横向无开断,所以磁场沿周向均匀分布。   (5)容易克服单边磁拉力问题。径向拉力互相抵消,基本不存在单边磁拉力的问题。   (6)易于调节和控制。通过调节电压或频率,或更换次级材料,可以得到不同的速度、电磁推力,适用于低速往复运行场合。   (7)适应性强。直线电机的初级铁芯可以用环氧树脂封成整体,具有较好的防腐、防潮性能,便于在潮湿、粉尘和有害气体的环境中使用;而且可以设计成多种结构形式,满足不同情况的需要。

速度比较
速度方面直线电机具有相当大的优势,直线电机速度达到300m/min,加速度达到10g;滚珠丝杠速度为120m/min,加速度为1.5g。从速度上和加速度的对比上,直线电机具有相当大的优势,而且直线电机在成功解决发热问题后速度还会进一步提高,而“旋转伺服电机+滚珠丝杠”在速度上却受到限制很难再提高较多。
从动态响应上因为运动惯量和间隙以及机构复杂性等问题直线电机也占有绝对的优势。随着直接驱动技术的发展,直线电机与传统的“旋转伺服电机+滚珠丝杠”的驱动方式的对比引起业界的关注。
1845年英国人就已经发明了直线电动机,但当时的直线电动机气隙过大导致效率很低,无法应用。19世纪70年代科尔摩根也推出过,但因成本高效率低限制了它的发展。直到20世纪70年代以后,直线电机才逐步发展并应用于一些特殊领域,20世纪90年代直线电机开始应用于机械制造业,现在世界一些技术先进的加工中心厂家开始在其高速机床上应用,国外知名企业例如DMG、Ex-cell-O、Ingersoll、CINCI ATI、GROB、MATEC、MAZAK、FANUC、SODICK都陆续推出使用直线电机的高速高精加工中心。
HIWIN做为世界线性产品的领导者,在滚珠丝杠和线性滑轨方面取得成功后,于近几年自行研发和生产了直线电机,并且在高速高精领域取得不错的业绩。
下面主要参考HIWIN公司的先进的高速静音式丝杠 SUPER S 系列(DN值达22万)和HIWIN的直线电机在几个主要特性上做一些比较,为相关业者提供一个参考。


速度比较:
速度方面直线电机具有相当大的优势,直线电机速度达到300m/min,加速度达到10g;滚珠丝杠速度为120m/min,加速度为1.5g。从速度上和加速度的对比上,直线电机具有相当大的优势,而且直线电机在成功解决发热问题后速度还会进一步提高,而“旋转伺服电机+滚珠丝杠”在速度上却受到限制很难再提高较多。
从动态响应上因为运动惯量和间隙以及机构复杂性等问题直线电机也占有绝对的优势。

丝杆
速度控制上直线电机因其响应快,调速范围更宽,可以实现启动瞬间达到最高转速,高速运行时又能迅速停止。调速范围可达到1:10000。

精度比较:
精度方面直线电机因传动机构简单减少了插补滞后的问题,定位精度、重现精度、绝对精度,通过位置检测反馈控制都会较“旋转伺服电机+滚珠丝杠”高,且容易实现。
直线电机定位精度可达0.1μm。“旋转伺服电机+滚珠丝杠”最高达到2~5μm,且要求CNC-伺服电机-无隙连轴器-止推轴承-冷却系统-高精度滚动导轨-螺母座-工作台闭环整个系统的传动部分要轻量化,光栅精度要高。
若想达到较高平稳性,“旋转伺服电机+滚珠丝杠”要采取双轴驱动,直线电机是高发热部件,需采取强冷措施,要达到相同目的,直线电机则要付出更大的代价。


价格比较:
价格方面直线电机的价格要高出很多,这也是限制直线电机被更广泛应用的原因。