当前位置:首页检测中心基础知识 │ 直线电机发展及应用

直线电机发展及应用

  • 浏览次数:1430次
  • 发布时间:2017/4/26 15:29:35
  • 作者:ly_yinhe

  由于直线电机不需要任何传动装置,就能直接产生连续单向或往复的直线运动,将电能转化为机械能,因此具有非常广阔的应用前景。同时,直线电机的应用研究也是现今一个重要的研究课题,直线电机再制造业、交通运输业、航天航空业等都有广泛的应用。

直线电机的应用

01直线电机在传统制造业的应用

  传统机床的驱动装置依赖丝杠驱动,丝杠驱动本身就具有磨擦、扭曲及较长的振动衰减时间等一系列不利因素,限制了传统驱动装置的效率和精度。直线电机驱动技术具有传统驱动装置无法比拟的高效率、高精度,并且结构简单

  自1993年德国Ex-CELL-o公司研发出世界上第一台直线电机驱动工作台的加工中心以来,直线电机已在不同种类的机床上得到应用。目前,世界上知名的机床制造商几乎无一例外地都推出了直线电机驱动的机床产品,覆盖了绝大多数机床类型。

  直线电机应用在电子设备中,具有定位精度高、噪声低、运动稳定等优点,如打印机、软盘驱动器、扫描仪等等常用电子设备中均有应用。

  由直线电机驱动的物料传输装置具有结构简单、运行可靠、成本低、效率与智能化程度高等优势,目前主要应用在升降机、分拣传输线、电子产品加工生产线、食品加工线及制药生产线等各种工业物料传输装置等。

02直线电机在交通运输业的应用

  与传统旋转电机驱动电力机车相比,直线电机驱动的机车具有造价低、振动小、噪声低、爬坡能力强、牵引能力优越、通过曲线半径小、能耗低、污染小、安全性能好等诸多优点,直线电机在交通运输行业有广泛的应用前景。各国都在大力促进诸如高、低速磁浮直线电机以及非磁浮类型直线电机直驱技术的研究,多种多样的智能交通运输系统正在投入开发。

03直线电机在航天航空业应用

  直线电机在航天航空业的应用主要体现在军事上。2003 年,美国研制用于航空母舰上推动飞机起飞的永磁直线同步电机可使飞机在极短时间内加速到起飞速度,增加了单位时间起飞飞机数量,具有重要的军事意义。2005 年,美国南卡罗莱纳州立大学对航空母舰上运载的航空器发射平台用永磁直线同步电机进行了初步设计,并采用虚拟试验平台对电机设计方案进行了验证。日本九州大学正在研究直线电机驱动的火箭发射装置,主要对火箭的动力性能进行控制仿真的研究。

  在航空动力系统中,调节阀是重要的流量调节装置之一,发动机的推力改变及精确控制的实现都在很大程度上依赖于调节阀的特性。传统的调节阀体积大、效率低,且控制难度大。直线步进电机与阀本体相结合的新型调节阀可靠性高、定位精度高、性能优越,具有极大的应用前景。

04直线电机在海洋

  波浪能发电是直线电机作为发电机应用的典型代表。波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能,是海洋能源中能量最不稳定的一种的能源。直线电机式波浪能装置不依赖机械或液压转换装置,效率更高,多年来,国外相关机构在此方面进行了大量的研究。例如,英国 Trident Energy 公司设计的水翼艇装漂浮平台内部装有直线发电机,每个平台最高可以发生1MW电量,试验安装于2009年进行。荷兰研制的阿基米德( Archimedes Wave Swing)波能转换装置,利用波峰和波谷对转换装置的压力差产生相对运动,带动直线发电机发电。美国俄勒冈州立大学已开发了一套基于海洋能的永磁直线发电浮标。瑞典也正在开发漂浮直驱点吸收式波浪能发电机,同样采用直线发电机。

  在国内,中科院广州能源所在“十一五”期间还开展了浮子直线电机式波浪能装置的研发,目前10kW浮子直线电机式波浪能装置“哪吒一号”已经进行了实海况发电试验。

直线电机的发展

  直线电机具有高动态性、高精度和基本无需维护等优点,其制造技术及驱动控制技术日趋成熟,目前直线电机的研究和发展趋势主要有以下几方面:

01加强基础理论及设计研究

  由于直线电机结构的特殊性,旋转电机的相关理论不能直接应用到直线电机上,使得直线电机的分析变得更为复杂。为此,相关专家进行了大量的研究工作,提出了各种理论分析方法。为保证电动机产生最大推力和最高效率,应不断加强理论方法研究,并引入各种优化算法,对直线电机进行计算机辅助优化设计。

02研究开发新技术和新材料

  为了扩大直线电机的应用领域,应根据新的原理不断开发专用直线电机。薄膜直线电机利用库仑力原理设计,结构简单,电场由电压产生,电压的开关特性比电流好,可应用在需精密定位的设备上。近几年国外对直线振荡电机研究比较多,各国的研究者都在力求开发力能指标更好的直线振荡电机。

03提高直线电机的性能,向大推力、高速度方面发展

  直线电机在技术性能上应提高推力和速度。通过磁路优化设计,减少端部效应、齿槽效应等所造成的推力波动,同时提高速度和加速度以适应高速和超高速切削的要求。不断提高直线电机的容量,以满足交通运输业的要求。

04创新结构设计,向功能部件方向发展

  目前,直线电机在结构设计上未形成统一的标准,同时由于结构的单一化,限制了直线电机的应用。因此,直线电机在结构设计上应向模块化、标准化和系列化发展,形成功能部件,以便易于安装和调整。

05研究直线电机的控制精度,提高动态性能

  直线电机实际上是一个直线运动伺服单元,需要控制起动停止、加速及稳态运行等过程中的技术参数,控制系统是其不可分割的部分。在控制系统中,计算机及多CPU处理系统的应用越来越普遍,更使直线电机系统的综合性能发生了根本性的变化。控制策略也是非常重要的,在 PID 控制的基础上,前馈控制、重复学习控制和非线性控制等技术不断在控制系统中得到应用,使得控制精度越来越高。

06研究开发相应的性能测试系统

  目前关于直线电机性能测试的研究还不是很多,有的研究静态性能测试,有研究的动态性能测试。有些参照旋转电机的实验方法,有些设计了针对特定系统的实验方法和设备,没有统一的方法与标准。因此直线电机性能测试系统的研制迫在眉睫,对其静( 动) 态推力、速度、加速度、位移等重要特性都应有相应的测试方法,不同类型直线电机应制定相应的标准。