从机床到传送带解决方案,各种工业系统和设备都需要直线运动。连接到合适的机械驱动部件入滚珠丝杆等的传统电机通常能实现这种直线运动。但是,如果有一个概念可以通过使用直接驱动来提高直线运动的效率呢?

嗯,确实有。在过去的二十年里,直线电机在整个工业领域稳步提升着市场份额。对于那些想了解更多信息的人,请继续阅读。

直线电机是如何工作的?

直线电机提供与负载的直接耦合,这种直接驱动原理依赖于使用磁力沿永磁体轨道移动线圈单元。 为了帮助可视化这种配置,想象一种电磁“齿条和小齿轮”,其中小齿轮是旋转磁场,齿条是静态永磁体。线圈和永磁轨道之间发生的吸引力和排斥力是产生所需运动的原因。

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交流三相电流流过线圈以产生旋转(也就是在直线电机的“平移”)电磁场。该电磁场与永磁体相互作用,产生的力最终导致电能高效率地转换为线性运动的机械能。电流变化的速度控制着运动的速度,而电流的安培数决定了产生的推力大小。

直线电机在运行中与旋转电机没有什么不同,但在某种程度上可以看到旋转电机被打开后在平面上展开。具有永磁体的转子实际上成为直线电机的静止部分,而定子(带有线圈绕组)则成为运动部分。



放卷电机


三分钟视频了解直线电机如何工作:


直线电机主要优势:


直线电机的主要优势之一是消除了传统旋转电机的“弹性”传动部件,例如齿轮箱和联轴器,这些部件可能导致间隙和运动/共振误差等问题。因此,直线电机的运动系统的带宽和刚度可以更高,从而支持更好的可重复性和准确性。

另一个显著的好处是消除了对运动传动系统的需求,例如滚珠丝杠、皮带和滑轮、蜗轮驱动以及齿条和小齿轮系统,传统电机需要这些额外的辅助件来将旋转运动转换为直线运动。因此,直线电机即使在高速下也能提供更高的效率和位置精度,同时实现非常平滑的速度调节。

与有刷电机相比,直接驱动中的运动部件之间不发生接触。由于没有机械磨损,机器用户享有卓越的可靠性和使用寿命。与传统解决方案相比,TCO(总拥有成本)也有所降低。

另一个重要的考虑因素是空间。由于直线电机的运动部分直接与负载耦合,因此可以节省空间并简化机器设计,这对系统设计人员和用户来说都是一大优势。

选型的主要参数:

在为特定应用选择直线电机时,需要牢记许多因素,包括机器或系统的动态性能要求。诸如占空比、峰值力和最大速度等工艺参数通常会受到关注。

有两种主要类型的直线电机可供选择。任何需要非常精确的运动或非常高的加速度的轻负载应用优先选择无铁芯直线电机。然而,对于需要高占空比的应用,有铁芯直线电机会产生更大的连续力。

有铁芯直线电机:

有铁芯直线电机的设计将线圈绕组安装在铁叠片堆内,以放大产生的电磁通量。这种直线电机的尺寸提供了极高的连续力和良好的散热性,使其成为涉及大负载的应用的理想选择,常用于机床中,例如执行铣削、车削、压制、成型和激光切割操作的机床,以及纺织生产机械。

许多工程师都觉得有铁芯直线电机有一个缺点是齿槽效应,不同于传统电机,直线电机的齿槽效应,是由于(通过永磁体)对磁性材料(如铁)产生波动的吸引力而发生的。电机必须改变其推力以克服这些位置,从而导致不顺畅的“齿槽”运动。


然而,现代解决方案及其优化的铁芯设计大大改善了这一历史问题,以提供低齿槽效应。例如,一些直线电机的磁铁与运动方向不正交,而是设置了一个小倾斜角,这有助于使运动充分平滑,以应对大量常见的工业应用。

无铁芯直线电机

在无铁芯直线电机中,线圈单元和磁轨之间没有吸引力或齿槽效应。因此,无铁芯变体可以提供无波动力、高精度、恒定线性力以及高速度和加速度。此外,在 95% 的情况下,无铁芯直线电机通过移动较轻的线圈单元来工作,这有助于实现更高的动态运动和恒定速度。无铁芯变体的极薄形状也很有好处,因为它为机器制造商提供了灵活的安装选项。


这种直线电机的潜在应用广泛而多样,本质上是任何以高速和高精度移动小质量的机器或系统都可以使用,例如半导体制造解决方案、测试机器、显微镜或检查台,以及用于医疗或生命科学实验室的自动化设备等。

结论

近年来直线电机的使用率飙升的原因有很多。这种类型的电机不仅可以在很大速度范围内提供强大的力,而且它在更广泛的尺寸范围内,使其很容易适应大多数应用,选择直线电机将为机床制造商和其他用户提供高效且有效的无齿轮组件。

对于与特定应用场景内直线电机选择建议,请联系德玛特客服,我们将提供完整系统集成解决方案。这个因素很重要,因为机器制造商不仅要考虑直线电机,还要考虑直线编码器(用于反馈)和伺服驱动器,它们应该具有相同的高规格水平,以确保精确、平稳的运动。