微特直線電動機開發應用的前景
丁志剛（寧波大學）
【摘 要】總結過去直線電動機開發應用的經驗教訓，指出直線電動機只有充分發揮其優點，克服其缺點，才可能找到直線電動機獨特的應用領域。文中介紹微特直線電動機的優點和缺點，并具體介紹從結構設計和材料的選擇來保證充分發揮微特直線電動機的優點，克服其缺點，增強競爭力。
1引 言
直線電動機是一種利用電能直接產生直線運動的電氣裝置。這種電氣裝置早在1845年就有人提出，但是，直到近20年才真正被開發出來，應用在工業生產中，并形成了大批量國際商品。盡管在實際生活中存在著許多需要直線運動的地方，但這些地方的直線運動驅動源過去幾乎全部采用旋轉電機及外加一套由旋轉到直線運動的變換裝置。直線電動機之所以沒有引起人們重視，是因為人們還沒有真正認識它的特性，或者只看到它們的缺點，沒有看到它們的優點。在開發應用時沒有充分發揮其長處，避免和克服其短處。直線電動機開發應用的歷史經驗說明，直線電動機只有向著其它直線運動驅動裝置（包括旋轉電機在內）所不能滿足，或者使用旋轉電機有困難，技術經濟指標不如直線電機的領域發展，才可能找剄一條直線電動機能發揮本身特長的應用領域。
微特直線電動機是一種小型的增量直線運動電機，多半用在計算機外圍設備、自動化儀器儀表、需要精密直線位移和運動的機械手及機器人中[2,3]。
20年來，隨著自動控制技術和微計算機應用的快速發展，對自動化儀表的精度提出了更高的要求。在這種情況下，傳統的由旋轉電機再加上由旋轉運動轉變為直線運動的裝置已經不能滿足現代自動控制系統的技術要求，從而就顯示出微特直線電機固有的優越性。
2微特直線電動機的主要優缺點
2.1主要優點
2.1.1結構簡單
在需要精密直線運動的地方，例如筆式長圖記錄儀、X-Y記錄儀、繪圖機等，采用直線電動機就可以直接帶動繪圖筆作直線運動，而不需要像傳統直線運動驅動裝置那樣采用旋轉電機再帶動一套絲桿、齒輪和拉線系統等一套附加裝置，把來自電機的旋轉運動轉換成所需要的直線運動，因而使儀器總體結構大為簡化。
2.1.2定位精度高
在需要精密直線運動的地方，直線電動機可以實現直接傳動，因而可以消除原有的中間環節所帶來的齒間隙、死區、打滑等影響定位精度的不良因素。如采用微機控制，還可以大大提高定位精度。
2.1.3反應速度快靈敏度高及隨動性好
微特直線電動機較容易敞到無接觸傳遞推力，這就消除了定、動子之間的接觸摩擦阻力，因而大大提高了自動化儀表的靈敏度、快速性和隨動性。
2.1.4工作長期穩定可靠和壽命長
微特直線電動機可以實現無接觸傳遞力，沒有什么機構磨損，故障少，幾乎不需要維修，不怕反復起動和制動，不怕震動和沖擊，因此工作穩定可靠，壽命長。
2.2主要缺點
在交流激磁時，在平板型直線電動機結構中定、動子之間的氣隙很難做到像對應旋轉電機氣隙那樣小。氣隙大的結果，使電機功率因數和效率較低。
另外直線電動機定、動子之間的支撐還沒有得到很好的解決，還沒有好的直線運動軸承。
3微特直線電動機開發應用的途徑
過去直線電動機開發應用的歷史經驗說明，只有充分發揮直線電動機本身的優點，努力克服其缺點，才可能找到直線電動機廣闊的應用領域。20年來，世界各國在開發應用微特直線電動機方面，已經有了很多好的經驗。
a．微特直線電動機的設計要緊密配合它所在的自動控制系統的技術要求，進行機、電、控制系統一體化的設計。
從國際市場上看，微特直線電動機都是隨同它所在的自動化儀器設備或計算機成套設備一起進行展銷的。倒如丹麥B．K.公司的電平記錄儀230,5～2307，英國FosterCombridge公司的筆式記錄儀pl011，～P.1 021，瑞士的BB(:和德國的Flexa Coii-trols的PlOOI，～P250I。小型記錄儀。美國的惠普(H.P)公司的X-Y記錄儀，IBM公司的快速打印機和磁盤驅動器等都采用了微特直線電動機作為直線運動驅動源，并已在國際市場上形成了批量商品。這些成套產品和商品，都是由各公司通過機、電、控制系統一體化設計后****成套生產。
機、電、控制系統一體化設計，可以全面考慮各方面的特點和優勢，促使儀器設備總體的（性能／價格）比****。
b．創新微特直線電動機的結構和工藝是提高該類電機技術經濟指標的關鍵。
設法從結構沒計和工藝措施上保證微特直線電動機定、動子之間具有較小的氣隙、運行銅耗和鐵耗，這是提高直線電動機推力／輸入功率和推力／體積等性能指標的關鍵，也是增加微特直線電動機生存競爭力的關鍵，通常主要的措施有：
a．微特直線電動機盡量采用圓筒形結構方案。這樣，電機定、動子之間的氣隙可以通過間一機床加工來做到與對應旋轉電機的氣隙尺寸有相同的數量級，增加了和旋轉電機相比較酌競爭力（見圖1，2）。
b．盡量減少或消除線圈端部無效部分長度，提高電機銅線有效材料的利用率。力圖增加電機工作磁通的比例，減少無用的漏磁通，從而減少電機的銅耗與鐵耗（見圖1，2）。
c．盡量采用永磁材料激磁，提高電機的運行效率（見圖1，2）。
4結語
在需要精密直線運動的自動化儀器設備中.采用微特直線電動機可以做到精度高、反應靈敏、快速性好、儀器設備總體結構簡單、提及小，成本低，是一種大有發展前途的直線電動機應用機種，是有關自動化儀器設備更新換代的理想直線運動驅動源，可見，微特直線電動機開發應用的前景廣闊。
無刷伺服電機
英國Moog Controls公司研制出一種外形尺寸為55mm的無刷伺服電機，這種D312系列電機有四種型式，具有功率系數大的優點，連續運轉時輸出力矩可達1. 45Nm，****可達5. 7Nm，轉速高達9 000r/min，
這種電機主要與控制電子儀器配套，適合用于要求轉速高、力矩大且空間有限或不易接近的場所，特別適合用在要求尺寸小、重量輕的自動化領域。防爆電機
英國Moog Controls公司研制出兩種防爆無刷伺服電機，特別適合用在包裝、自動印刷、攪拌等機械上及化工領域。
防爆等級的提高增加了安全性，也就是說在電機的內部和外部減小了溫度過高或產生電弧的可能性。安全等級EExe Ic T3允許電饑在氣體點火溫度超過200℃的環境使用。這種電機連續運轉時輸出力矩達4. 2Nm，****可達12Nm，電機轉速高達3 000r/min。
(楊大偉譯自《World s New Products》Feb．1994)
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