直线电机的工作原理

1、直线电机的工作原理 直线电机是一种通过将封闭式磁场展开为开放式磁场，将电能直接转化为直线运动的机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置 直线电机的结构直线电机的结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中定子相当于直线电机的初级，转子相当于直线电机的次级，当初级通入电流后，在初次级之间的气隙中产生行波磁场，在行波磁场与次级永磁体的作用下产生驱动力，从而实现运动部件的直线运动。 近几年来，世界上一些发达国家开始将直线电机技术应用于数控机床直线运动驱动系统中，代替传统的伺服电机+滚珠丝杠副驱动系统，取得了巨大的成功。 直线电机和传统的旋转电机+滚珠丝杠运动系统的

2、比较 在机床进给系统中，采用直线电动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）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零，因而这种传动方式又被称为零传动。正是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优点。 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机械传动件（如丝杠等），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产生的传动间隙和误差，减少了插补运动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

3、，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，同时也提高了其传动刚度。 4、速度快、加减速过程短 由于直线电动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60100M/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210g（g=9.8m/s2），而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.10.5g。 5. 行程长度不受限制 在导轨上通过串联直线电动机，就可以无限延长其

4、行程长度 6. 运动动安静、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，传动效率大大提高直线电机主要应用场合： 一是应用于自动控制系统，这类应用场合比较多； 其次是作为长期连续运行的驱动电机； 三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。 直线电机可以在几秒钟内把一架几千公斤重的直升飞机拉到每小时几百公里的速度，它在真空中运行时，其时速可达几千上万公里。 在军事上，人们利用它制成各种电磁炮，并试图将它用于导弹、火箭的发射； 在工业领域，直线

5、电机被用于生产输送线，以及各种横向或垂直运动的一些机械设备中；直线电机除具有高速、大推力的特点以外还具有低速、精细的另一特点，例如，步进直线电机，它可以做到步距为1m的精度，因此，直线电机又被应用到许多精密的仪器设备中，例如计算机的磁头驱动装置、照相机的快门、自动绘图仪、医疗仪器、航天航空仪器、各种自动化仪器设备等。 除此之外，直线电机还被用于各种各样的民用装置中，如电动门、电动窗、电动桌、椅的移动，门锁、电动窗帘的开、闭等等，尤其在交通运输业中，人们利用直线电机制成了时速达500km以上的磁浮列车。 直线电机凭借高速度、高加速、高精度及行程不受限制等特性使其在很多领域都有广泛应用。目前直线电

6、机在世界各国的应用大致可分为物流系统、工业设备、信息与自动化系统、交通与民用、军事及其它，而在物流输送系统中的应用为最多。 国外一些发达国家则逐步采用了直线电机驱动的，由计算机控制的新型邮政物流分拣输送系统。如日本东京多摩邮局的大型邮政分拣机；丹麦CRISPLANT公司生产的高速包刷分拣机；瑞士、意大利等国的邮袋吊挂推式悬挂机等。与传统的链传动或连杆方式相比，直线电机驱动的物流系统具有高效、低噪、安全可靠、维护方便等优点而获得应用者青睐。 我国贵阳普天通信机械厂与浙江大学研制成功的直线电机包刷分拣机，其性能优于国外，其价格仅为国外的1/3。海关承担着大量物品的进出分拣，过去也和邮政分拣相类似，

7、现在有些海关，如国内深圳海关就采用了由浙江大学提供直线电机驱动的物流分拣线，使用效果很好。 许多行业如电工、电子、机械、化工、医药等生产流水线和装配线，一般常采用钢丝绳或链传动，这些传动方式往往噪声大、速度慢、控制不方便，现在世界上已有不少单位开始采用直线电机驱动，包括一些汽车生产线。在一些新颖的立体化仓库的搬运系统和新型的自动化车库，也开始采用了直线电机，其中采用直线电机的自动化车库是在库地上安装一系列纵向和横向的直线电机初级，而载车板为次级。通过计算机，利用直线电机初次级作用移动汽车进或出。效率和利用率都很高。 此外，直线电机还在水果和蔬菜的分类线上，商场的商品流动线上，餐馆的食品流动线，

8、医院的药品、器械的输送以及银行、商场的票据传送方面得到了应用。 另外，直线电机应用在数控机床驱动已经商品化。采用直线伺服电机的高速加 工中心，已成为国际各大机床制造商竞相研究和开发的关键技术和产品，作为高速加工中心的新一代直接驱动伺服执行元件，直线伺服电机技术在国内外也已进入工业化应用阶段。 1993年，德国和美国相继推出由直线电机驱动的工作台高速加工中心。1996年，日本研制成功采用直线电机的卧式加工中心、高速机床、超高速小型加工中心、超精密镜面加工机床、高速成形机床等。我国浙江大学研制一种由直线电机驱动的冲压机，浙江大学生产工程研究所设计用贺圆筒型直线电机驱动的并联机构坐标测量机。2001年南京四开公司推出自行开发的采用直线电机直接驱动的，2003年中国国际机床展会上，展出北京电院高技术股份公司推出的直线电机加工中心。 现在直线电机驱动进给速度已达100m/min，德