新型线性电机及其应用

摘要:针对传统直线运动系统在某些场合下存在体积大、安装调试难度高、系统动态性不好的问题,提出了用一种新型线性电机控制直线运动的方法。该电机的特点是电机轴中空,丝杠可以直接穿过电机轴,在该电机控制的直线运动系统中,丝杠一般不动,电机在丝杠上平动,从而使运动系统具有安装调试方便、体积小、动态响应特性好等特点。

一、引言

直线运动控制系统被广泛地应用于各类数控机床、加工中心、电动执行机构、医疗仪器、舞台灯光等自动控制场合,具有很大的市场潜力。目前,能进行直线运动控制的方式通常包括两类:一类是直接用直线电机产生直线运动,另一类是通过转换机构将旋转电机的旋转运动转化为直线运动,转换机构一般包括丝杠螺母、齿轮齿条、蜗杆蜗母等。

其中,直线电机具有运动惯量小、系统刚度大、高速度、高精度等特点,但它“除控制难度大(中间没有缓冲环节和存在端部效应)外,还必须解决散热、隔磁、足够的推力、自锁和移动部件轻量化等方面的问题,才能在机床上实际应用,同时成本较高也影响其推广应用”,因此,直线电机目前在普通自动控制设备中运用还不是很广泛。后者在各类自动控制设备中运用很广泛,但在某些场合下却存在运动系统体积大、安装调试难度高、系统动态性不好的问题。因此,对直线运动控制系统的研究是非常重要的。本文在对直线运动控制系统进行了深入的研究以后,提出了用一种新型电机进行直线运动控制的方法,并以实例详细介绍了这种直线运动控制系统的应用。

二、直线运动控制系统的基本要求

对直线运动控制系统的要求一般包括高速度、高精度、高刚度、无间隙、低摩擦、低惯量、传动系统机械结构简化等。例如,毕承恩的《现代数控机床》一书中指出,“数控机床的特点是自动化、大功率、高精度、高速度、高刚度、传动系统机械结构简化”。对数控机床运动控制系统的要求对于其他运动控制系统一般也是适用的,这些要求在直线运动控制系统的设计中应予以充分考虑。

三、传统直线运动控制系统

传统直线运动控制系统一般由旋转电机、联轴节、丝杠、丝杠轴承、丝杠螺母、运动部件(如工作台、主轴箱、立柱等)等部分组成。

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