直流力矩電動機的應用
1、在單晶爐籽晶軸速度系統的應用
電子工業的迅速發展，要求單晶質量進～步提高和滿足某些單晶不同生產工藝的要求，不僅直拉法生產單晶的工藝應有所提高，對拉晶設備也相應提出 一些更高的要求。例如：在調速方面．單晶爐籽晶的提拉和旋轉以及坩瞞的跟蹤和旋轉等幾種速度．希望能得到更寬的調速范廚、較好的速度平穩
性、無爬行的低速運轉以及盡量減少傳動造成的機械振動等，為此而采用了直接驅動的速度控制系統方案。
這種新型單晶爐傳動機構見圖3-3-13。機組l直接驅動絲杠旋轉．裝于絲杠上的螺母則將旋轉運動轉換成直線運動并帶動坩堝軸沿著滑板上下移動。機組2固定于爐體，其輸出軸帶動抱輪旋轉，抱輪上有3個沿圓周等分的輥輪，輥輪的外圓具有與坩堝軸同一曲率半徑的圓弧面并可繞輥輪旋轉；
輥輪由壓緊彈簧壓在坩堝軸上實現了旋轉驅動．即在坩堝上、下移動時，靴輪緊抱著坩堝的軸旋轉并同時繞輥輪軸旋轉這樣坩堝即同時實現了旋轉和直線運動。單晶爐籽晶軸的運動同樣如此，只是籽晶軸向相反方向旋轉以滿足工藝方面的要求。
作為硅單晶的控制工藝．一 般要求驅動系統的速度折算到電動機時為
籽晶軸提拉：0.5r／min(相當1.5mm／min);
坩 堝軸跟蹤：0 033～0 025r／
mIn(相當0 l～0 075mm／mln)；
籽晶軸旋轉：≈40r／min；
坩堝軸旋轉：≈10r／min；
這種采用直接驅動的傳動方
案，具有如下一些特點：
(1)速度穩定度高，動態性好。在拉晶所需各個速度范圍內，速度誤差均可小于1％。
(2)調速范圍寬。與普通用減速齒輪的調速系統相比，其調速范圍要大1個數量級以上，尤其是在
低速時無爬行現象。
(3)傳動振動小，機械噪音微弱，有利于高質量的單晶形成。
(4)傳動機構簡單，有利于簡化爐子結構。為爐體結構精度的長期穩定性提供了有利因素。
單晶爐工作時的真空度為10一5mmHg，平均負載轉矩為O．98N·m，負載固有的轉矩波動
35％，****運行速度為90r／ 圖3—2—13直接驅動的單晶爐傳動機構min，****速度為h／h，要求運行平穩、無爬行、無抖動。
根據爐子的工作情況和要求而組成的直接驅動速度系統，其速度范圍已達104次方倍數量級。速度的穩定度在電機速度為Ir／h下，已經達到1％。
直接驅動速度系統原理框圖見圖3 3—14。給定速度信號E0是一個-6V電壓，經過多圈電位器分壓，提供給前置放大器，再經過電壓放大器推動功率放大器，經功率放大后輸出控制力矩電機帶動負載旋轉，由測速發電機檢測出速度信號反饋到前置放大器輸入端，與給定速度進行比較，二者之差的信號即誤差電壓Eε，再經放大而使電機達到預定速度穩定運行。
在運行過程中，當外界有擾動時，負載轉矩會突然增加．造成陔瞬時的速度下降，則測速發電機反饋的電壓下降，但由于給定信號En未變，因而誤差電壓Eε增加，經過放大而使電動機增加速度到預定值。如負載轉矩突然減小，則上述過程相反。
單晶爐中籽晶桿的提拉、旋轉等速度系統對速度精度要求并不高，但低速無爬行、傳動振動小則是拉晶所需解決的關鍵問題之一。因此采用直流力矩電動機及高靈敏度測速發電機組成的直接驅動系統比高速電機經過齒輪減速的驅動系統更能圓滿地解決問題。而在速度精度、線性度、頻帶寬度等
靜、動態指標上也有一定的提高。
2、在精密低速裝置中的應用
精密低速伺服系統是一個精確的速度控制系統，最初用在陀螺系統及其測試中。在測試過程中，需要嚴格控制各種速率。
陀螺是慣性導航中的核心元件，轉臺則是測試陀螺的一個主要設備。它的任務是為了研究慣性導航系統及其元件的性能并測試陀螺定型產品的各種誤差值，以便采取措施來補償有規律的誤差，提高系統的精度。
性能測試的一個重要的指揮使漂移率它是陀螺在閉環系統中應用時性能優劣的一個綜合指標。漂移率的大小直接影響導彈的命中率和潛艇長期潛航的航向準確度等．一般來講．轉臺的精度直接反映了陀螺所能達到的精度，并間接反映了一個國家導航技術發展的水平。國外轉臺精度不斷提高，直流
力矩電動機和高靈敏測速發電機研制成果的推廣應用可以說起了關鍵作用。
20世紀50年代初期，轉臺普遍采用高速電動機經過減速機構進行驅動．同時采用滾動軸承。當時陀螺的漂移一般只能測到0.1度／h，在改用液浮軸承后可測到0.01度／h。
20世紀60年代初，轉臺采用了直流力矩電動機和高靈敏度直流測速發電機，并開始采用空氣軸承，這時可以測到0 001度／h。圖3—2—15所示即為公司共同設計的712型精密速率轉臺系統框圖。
按系統要求：
(1)速度范圍：0．01～6∞度／s；0.025～1500度／S(可逆的).
(2)精確度：溫度變化在±5℃的范圍內，運轉1個月靜態精確要為百分之一。
(3)“顫動”+“脈動干擾”：在整個速度范圍內小于百分之一平均峰值
(4)控制：
①系統NNNN+N序控制的能力；
②系統必須能夠接收各種速度指令。
(5)力矩容量：6．8--47 6N·m。
上述規范是712系統的設計指標。應該指出：該系統速度范圍能芒0.01度／S~600度／s溫度變化在±5℃及在1個月時間內能夠保證百分之一的靜態精度。試驗速率陀螺的基本要求是保持短期不變化的速度基準這些變化叫作“顫動”或“脈動干擾”，一般說來，這些效果在較低速度時是比較顯著的。
技術條件要求在0 01。／s時，伺服系統的精確度為百分之一。這是一種吒低的速度，因此需要非常靈敏的測速機。也考慮過其他系統，但直接驅動直流伺服系統是最有前途的。這是因為高靈敏度直流測速發電機的靈敏度比z流測速發電機高10～100倍，精確的直流控制信號比交流系統中的控制信號更容易獲得，便于系統控制和校準。而且直流系統放大器效率高，也不需要解調，使系統結構較簡單并能可靠穩定地運行。一般速率轉臺的精度決定于電源頻率，但直流系統與供電頻率無關。所有固態放大器和直接驅動系統也給檢修、維護提供了方便條件
如前所述，主要是控制元件上的f擾轉矩產生影響，它是由直流力矩電動機的脈動轉矩、軸承的摩擦和轉臺的轉矩擾動等原因所造成的，伺服系統設計的目的就是要把這些轉矩的影響盡力削弱到極小。
上面簡述了兩種直流力矩電動機在系統中的應用情況。隨著直流力矩電動機應用范圍的擴大，其產品技術性能不斷提高，其品種規格也不斷增加。美國公司所生產的力矩電機列入了許多國防計劃。在各種條件和環境下，從幾千英尺的水底到外層空間的無人管理運行，力矩電機都有相
當廣泛的應用范圍。有文章介紹美國過去在宇航和武器系統方面的一些主要項目都是建立在力矩電機高可靠陛基礎上搞出來的。如麻省理工院的第1個慣性導航平臺就是采用直流力矩電動機，美國的阿波羅計劃，軌道太陽觀測站，雙子星座飛船，水星號、土星號、大力神，以及潛艇所裝備的北極星、民兵等導彈都是采用力矩電機作為系統中的執行元件。
我國于20世紀60年代中期開始進行直流力矩電機的開發和研制工作，并研制出樣品。隨著國防工業和民用工業自動化的需要，這種微電機在我國已進行多品種、多規格的系列生產，其在農機、冶金、儀表、輕紡、印染、造紙、電影、電視、通訊、廣播、機床、醫療器械、機器人等民用工業及國
防武器系統中都得到了不同程度的應用。
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