在近期舉辦的中國運(yùn)動(dòng)控制/直驅(qū)技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇上，長沙一派直驅(qū)科技股份有限公司直驅(qū)電機(jī)事業(yè)部技術(shù)總監(jiān)蘭志勇教授發(fā)表了《直線電機(jī)在機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用》的主題演講，詳細(xì)介紹了直線電機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)，以及目前直線電機(jī)在數(shù)控機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用狀況。

直線電機(jī)簡介

直線電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，可視為將傳統(tǒng)伺服電機(jī)沿徑向剖開，并將電機(jī)的圓周展開成直線，由定子演變而來的一側(cè)稱為初級(jí)，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為次級(jí)。

圖1 直線電機(jī)基本結(jié)構(gòu)

與旋轉(zhuǎn)電機(jī)的工作原理類似，直線電機(jī)也是利用電磁作用將電能轉(zhuǎn)換成為運(yùn)動(dòng)動(dòng)能。但在氣隙中產(chǎn)生的磁場不是旋轉(zhuǎn)的，而是呈直線正弦分布的、平移的，被稱為行波磁場。

圖2 電機(jī)行波磁場

 直線電機(jī)的基槽配合有很多種，從單元電機(jī)的角度來說，最簡單有三槽兩極、六槽五極、六槽七極、六槽八極甚至九槽八極等等類型，那么在什么應(yīng)用領(lǐng)域，我們采用什么樣的基槽配合是比較合理的，直線電機(jī)在機(jī)床上應(yīng)用的時(shí)候有一個(gè)問題：即推力波動(dòng)及在靜態(tài)的情況下，上矢能后，如何讓電機(jī)的抖動(dòng)最小，這對(duì)于磁場的優(yōu)化是非常關(guān)鍵的一個(gè)技術(shù)。

 直線電機(jī)的應(yīng)用優(yōu)越性包括：

l  無限行程；

l  優(yōu)越的高速及低速性能，高速度達(dá)到10～30m/s，超低速0.001mm/s；

l  超常加速能力，加速度可達(dá)50g；

l  運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無反向間隙；

l  高定位精度和重復(fù)精度。

直線電機(jī)的設(shè)計(jì)與工藝

要把電機(jī)做起來首先就得做電磁計(jì)算、機(jī)械設(shè)計(jì)，然后做工藝，最后再形成樣機(jī)進(jìn)行測試這樣一個(gè)流程。實(shí)際上，真正的核心就是磁場的設(shè)計(jì)和計(jì)算這一塊，國內(nèi)企業(yè)在這一方面應(yīng)該要加強(qiáng)。

圖3 一款機(jī)床用直線電機(jī)主體結(jié)構(gòu)

由于長沙一派直驅(qū)有數(shù)控機(jī)床的技術(shù)開發(fā)基礎(chǔ)，十余年前就對(duì)數(shù)控機(jī)床里所用到的直線電機(jī)進(jìn)行探索，近幾年改變觀念，對(duì)直線電機(jī)的工藝進(jìn)行優(yōu)化提升，不僅電機(jī)要保證客戶需求，還要通過進(jìn)行電機(jī)優(yōu)化解決客戶端所出現(xiàn)的問題。

對(duì)于直線電機(jī)在高精密伺服行業(yè)遇到最大的問題就是推力波動(dòng)和速度波動(dòng)，我們不能把問題全部都交給控制，實(shí)際上電機(jī)本身也可以做很多優(yōu)化工作來達(dá)到整體性能的提升。

內(nèi)部繞組的工藝設(shè)計(jì)中，繞組本身是整矩的，相與相之間相差120度，這一項(xiàng)已經(jīng)申請(qǐng)了發(fā)明專利。另外，是電機(jī)的仿真，一派的產(chǎn)品在出廠之前，會(huì)把包括電磁、機(jī)械、工藝、散熱全部要重新做仿真，這是它的持續(xù)推力，這個(gè)波型上可以看出，當(dāng)在額定電流的情況下，電流加的頂子，電機(jī)的處理是抖動(dòng)的，這就叫推力波動(dòng)。有了這個(gè)推力波動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的速度波動(dòng)，可以用滑動(dòng)控制ACMC，把它限定在一定的范圍之內(nèi)，在很多情況下，尤其是在數(shù)控領(lǐng)域的抖動(dòng)是致命的，需要兩方面結(jié)合才能把推力波動(dòng)降到最小。

圖4 一款機(jī)床用直線電機(jī)線圈繞組繞線方式

這是整體電機(jī)內(nèi)部磁密的分布，很多情況下，電機(jī)水管的位置在哪里呢？現(xiàn)在直線電機(jī)里面，大多把水管放在槽底部，這是最簡單的一種做法，放到槽底部。槽底部這個(gè)地方往往是最熱的地方，所以我們也做了大量的工作，怎么樣把電機(jī)最熱的位置找到，并在這個(gè)地方去放銅管散熱。經(jīng)過一輪的優(yōu)化之后，銅管還在，這兩年我們也做了很多自動(dòng)化的設(shè)備，銅管原來是人工去挖，現(xiàn)在是全自動(dòng)化，銅管一進(jìn)去再出來就已經(jīng)成型了。這個(gè)設(shè)備摸索了將近差不多一年的時(shí)間，包括貼磁片，自動(dòng)貼磁片的磁缸機(jī)等，目前測試已完成，如果投入使用，對(duì)于生產(chǎn)效率及精準(zhǔn)度的提升將起到巨大的作用。

第三個(gè)工作就是我們針對(duì)不同類型的直線電機(jī)建立了通用的測試平臺(tái)。從它常規(guī)的形式實(shí)驗(yàn)到客戶所需要的數(shù)據(jù)均可提供，整個(gè)的實(shí)驗(yàn)體系非常完善。

直線電機(jī)在機(jī)床上的應(yīng)用探討

大推力的直線電機(jī)在機(jī)床行業(yè)包括數(shù)控機(jī)床里面到底能不能用？因?yàn)殚L沙一派在這個(gè)領(lǐng)域耕耘了20多年，所以在機(jī)床行業(yè)有很大的優(yōu)勢，看中了大推力直線電機(jī)在行業(yè)的應(yīng)用。2021年，長沙一派在針對(duì)機(jī)床行業(yè)的直線電機(jī)，包括輕載型、重載型，大概研發(fā)了包括30款，明年會(huì)在機(jī)床領(lǐng)域全面鋪開。

一派直驅(qū)開發(fā)的 ECK2150A采用高頻響高精度直線伺服電機(jī)，最大加速度40g，重復(fù)定位精度 0.001mm，用于加工中凸變橢圓活塞時(shí)，尺寸精度5μm，輪廓精度5μm，CmK＞1.67。該技術(shù)可推廣應(yīng)用到凸輪、曲軸、多棱軸等非圓截面的數(shù)控加工，以及高精度數(shù)控機(jī)床。     

此外，一派直驅(qū)推出的國內(nèi)最大推力平板直線電機(jī)，為國內(nèi)首創(chuàng)，解決了國外技術(shù)封鎖的問題，產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平，可全面替代進(jìn)口，主要應(yīng)用于超大重載型高精度數(shù)控機(jī)床、大功率超快激光切割機(jī)等。

目前，一派直驅(qū)開發(fā)的直線電機(jī)系利被廣泛用于多種數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域，例如數(shù)控落地鏜床、鉆攻機(jī)床、雙驅(qū)龍門平臺(tái)等等，并可按照客戶需求提供適合的直線電機(jī)技術(shù)解決方案，來替代原有的伺服+滾軸絲桿的方案，完全能夠滿足實(shí)際應(yīng)用要求。

聲明：本文版權(quán)為中國傳動(dòng)網(wǎng)所有，歡迎轉(zhuǎn)載但請(qǐng)務(wù)必注明來源、作者。