直线电机缺点.docx

直线电机的缺点以下专业资料由精密丝杆供应商:雷研精密传动设备有限公司提供。很多机械制造行业的技术人员想迫切了解直线电机能否完全替代滚珠丝杠，就目前来说，只能说是一个很好的发展方向，但尚有很多技术不是很成熟，直线电机的缺点，主要有以下方面：(1)伺服控制难度大直线电机传动的控制只能是全闭环控制。这样，工作台的负荷(工件重盆、切削力等)及其变化，对一个稳定系统来说就是外界干扰，若自动调节不好会使系统失稳而展荡。而回转电机传动可采用半闭环隔离这些干扰。即使采用全闭环，由于存在着滚珠丝杆等这些弹性中间环节，它们既有刚性差而使加速度上不去的负面影响，又有吸收和抑制干扰的正面作用，而使伺服控制难度减小。此外，由于是在高速、高精度下工作，还要求反馈用位置检测元件具备调速数据采集和响应能力和较高的分辨率。(2)应用于垂直行程部件时，由于存在着重力加速度，故要求采取复杂的平衡措施，否则会造成电机过热。由于是在高速、高精度下工作，要求快速响应，往往不是简单加平衡重锤所能解决的，而需在电机和伺服驱动电路上采取措施。断电时的自锁措施也比回转电机传动复杂。回转电机传动一般可在联轴节处装简单的超越离合器来解决自锁问题。(3)往往要采取冷却措施凡是电机都要发热的。回转电机一般安装在机床的周边位置,有较好的散热条件,远离构件,难以造成构件的热变形,因而一般不采取冷却措施。而直线电机因安装在机床腹部，根据具体情况,有时须采取风冷(自然风或压缩空气)或循环水冷的措施。这时,气管或水管还必须随工作台一起作高速运动。(4)装配和防护难度加大回转电机的磁场是闭式的,而直线电机的是开式的。特别是同步式,定件上要安装一排或多排强磁的永久磁钢,而床身等构件和装配用工具又都是磁性材料,动不动就会被吸住,尘埃中的磁性物质,钢铁等切屑都难抗拒强磁的吸力,一旦尘屑堵住了不大的气隙,电机就不能工作.1直线电机工作原理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，以直线感应电动机为例：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。直线电机的驱动控制技术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。随着自动控制技术与微计算机技术的发展，直线电机的控制方法越来越多。对直线电机控制技术的研究基本上可以分为三个方面：一是传统控制技术，二是现代控制技术，三是智能控制技术。传统的控制技术如PID反馈控制、解耦控制等在交流伺服系统中得到了广泛的应用。其中PID控制蕴涵动态控制过程中的信息，具有较强的鲁棒性，是交流伺服电机驱动系统中最基本的控制方式。为了提高控制效果，往往采用解耦控制和矢量控制技术。在对象模型确定、不变化且是线性的以及操作条件、运行环境是确定不变的条件下，采用传统控制技术是简单有效的。但是在高精度微进给的高性能场合，就必须考虑对象结构与参数的变化。各种非线性的影响，运行环境的改变及环境干扰等时变和不确定因数，才能得到满意的控制效果。因此，现代控制技术在直线伺服电机控制的研究中引起了很大的重视。常用控制方法有：自适应控制、滑模变结构控制、鲁棒控制及智能控制。主要是将模糊逻辑、神经网络与PID、H控制等现有的成熟的控制方法相结合，取长补短，以获得更好的控制性能。展开直线电机工作原理2直线电机优缺点1、直线电机优点直线电动机的特点在于直接产生直线运动，与间接产生直线运动的“旋转电动机，滚动丝杠”相比，其优点是(具体性能见下表)：(1)没有机械接触，传动力是在气隙中产生的，除了直线电机导轨以外没有任何其它的摩擦：(2)结构简单，体积小，通过以最少的零部件数量来实现我们的直线驱动，而且这仅仅是只存在一个运动的部件：(3)运行的行程在理论上是不受任何限制的，而且其性能不会因为其行程的大小改变而受到影响：(4)其运转可以提供很宽的转速运行范围，其涵盖包括从每秒几微米到数米，特别是在高速状态下是其一个突出的优点：(5)加速度很大，最大可达10g：(6)运动平稳，这是因为除了起支撑作用的直线导轨或气浮轴承外，没有其它机械连接或转换装置的缘故：(7)精度和重复精度高，因为消除了影响精度的中间环节，系统的精度取决于位置检测元件，有合适的反馈装置可达亚微米级：(8)维护简单，由于部件少，运动时无机械接触，从而大大降低了零部件的磨损，只需很少甚至无需维护，使用寿命更长。直线电动机与“旋转电动机，滚珠丝杠”传动性能比较表性能旋转电动机+滚珠丝杠直线电动机。2、直线电机缺点从表面看，直线电机可逐步取代滚珠丝杠成为驱动直线运动的主流。但事实是，直线电机驱动在普遍使用后，一些过去没有关注的问题开始浮现：一是直线电机的耗电量大，尤其在进行高荷载、高加速度的运动时，机床瞬间电流对车间的供电系统带来沉重负荷；其二是振动高，直线电机的动态刚性极低，不能起缓冲阻尼作用，在高速运动时容易引起机床其它部分共振；其三是发热量大，固定在工作台底部的直线电机动子是高发热部件，安装位置不利于自然散热，对机床的恒温控制造成很大挑战；其四是不能自锁紧，为了保证操作安全，直线电机驱动的运动轴，尤其是垂直运动轴，必须要额外配备锁紧机构，增加了机床的复杂性。在直线电机的应用中，人们除了发现上述缺陷外，也看到了其优点的片面性。直线电机的主要优点是高速度和高加速度，但在机床加工过程中，加速度超过10m/s2时所节省的辅助时间对整个加工过程的工时来说并没有太大意义，只有在工时非常短的加工中，高加速度才有意义，也就是说对于模具、风叶等单件复杂零件的切削加工，直线电机的优点并不明显。展开直线电机优缺点3直线电机的特点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、位精度高 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、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。展开直线电机的特点4直线电机的应用直线电机主要应用于三个方面：应用于自动控制系统，这类应用场合比较多；作为长期连续运行的驱动电机；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。U槽无刷直线电机可以直接驱动，无需将转动转为线性运动，机械结构简单可靠。电机运行超平稳，无齿槽效应，动态响应速度极快，惯量小，加速度可达20G，速度达到10-30m/s，低速1m/s时运动平滑，刚性高，结构紧凑，可选配直线编码器做高精度位置控制，其位置精度取决于所选编码器。定子轨道可以按需要连接，因而理论上电机长度不限。电机动子与定子不接触运动，没有采用普通丝杆滚珠和皮带等传动的磨损、卡死、背隙问题，因此我们的直线电机可以达到免维护长期工作。我们的U型槽式直线电机分为铁芯和无铁芯两类，铁芯类直线电机单位体积出力更大，非铁芯直线电机无磁滞和涡流效应，运动更加平滑高速，磁损耗少，发热小。此类直线电机特别适用于：机器人、致动器、直线平台、光学光纤排列定位、精密机床、半导体制造、视觉系统、电子元件接插、工厂自动化等对运动系统 的速度和精度同时要求较高的应用场合。展开直线电机的应用直线电机的优点1、结构简洁。直线电机直接产生直线运动，位置精确度高，更为节省成本、稳定可靠、操作和维护简便。2、运动效率高。直线电机的气垫和磁垫中间存在缝隙，在运动时，不会出现机械接触，也不会出现摩擦和噪音，对零部件的损伤较小，从而具有较高的工作效率，可以进行高速直线运动。3、无横向边缘效应。直线电机不会因为横向开断，而产生的，边界处磁场，而消弱，直线电机，横向无开断，磁场分布均匀。4、适应能力强。直线电机的铁芯使用环氧树脂材料制成，具有较好的防腐防潮功能，即使在潮湿和有害气体的工作环境中，仍然可以使用5、不存在单边磁拉力问题。直线电机的拉力可以相互抵消，因而，不会出现单边磁拉力问题。6、便于调节和控制。直线电机可以通过调节电压、频率、更换材料等，来实现不同的工作速率，满足低速运动作业。直线电机的缺点1、 效率和功率因数较低。管型直线电机的效率和功率因数比同容量的旋转电机要低，特别在低速时。这是由以下原因引起的：它的电磁气隙与极距的比值通常较大，所 需的磁化电流也较大，使损耗增加；初级铁芯两端开断，产生纵向边缘效应，从而引起波形畸变等问题，其结果也导致损耗增加。2、起动推力易受到电压波动的影响。在低速高滑差情况下，往往要求有比较恒定的起动推力，但当电源电压有波动时，起动推力变化很大，因此需要电源电压比较稳定。3、运行速度范围受到电机极距的限制。当电源频率一定时，电机的运行速度在很大程度上取决于电机的极距，一般极距不能太大，也不能太小，所以它的速度也被限制在某一合适的范围内。在要求低速的传动系统中，就往往需要增加变频设备。4、馈电比较复杂。对于动初级的直线电机，在速度较高或行程较长时，馈电比较复杂。5、散热较困难。管型直线电机的散热条件要比扁平型直线电机差，这就限制了电机所允许的电参数，从而限制了电机的推力，因而圆筒型直线电机不适合大功率电机。简要概述直线电机的四个应用原则发布时间：2013-09-18新闻来源：深圳市维科特机电公司直线电机有它独特的应用，是旋转电机所不能替代的。但是并不是任何场合使用直线感应电机都能取得良好效果。为此必须首先了解直线电机的应用原则，以便能恰到好处地应用它。其应用原则有以下几个方面。1.选择合适的运动速度。直线感应电机的运动速度与同步速度有关，而同步速度又正比于极距。因此极距的选择范围决定了运动速度的选择范围。极距太小会降低槽的利用率，增大槽漏抗和减小品质因数，从而降低电动机的效率和功率因数。极距的下限通常取3cm。极距可以没有上限，但当电机的输出功率一定时，初级铁芯的纵向长度是有限的；同时为了减小纵向边缘效应，电动机的极数不能太少，故极距不可能太大。2.要有合适的推力。旋转电机可以适应很大的推力范围。将旋转电机配上不同的变速箱，可以得到不同的转速和转矩。在低速的场合，转矩可以扩大几十到几百倍，以至于用一个很小的旋转电机就可以推动一个很大的负载，当然功率是守恒的。直线感应电机则不同，它无法用变速箱改变速度和推力，因此它的推力无法扩大。要得到比较大的推力，只有依靠加大电动机的尺寸。这有时是不经济的。一般来说，在工业应用中，直线感应电机适用于推动轻载。3.要有合适的往复频率。在工业应用中，直线感应电动机是往复运动的。为了达到较高的劳动生产率，要求有较高的往复频率。这意味着电动机要在较短的时间内走完行程，在一个行