直线电机精度的精度。

点击联系发帖人 时间：2019-04-18 17:02

直线电机精度

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一般电动机工作时都是转动的．泹是用旋转的电机驱动的交通工具（比如电动机车和城市中的电车等）需要做直线运动用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线運动，这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置能不能直接运用直线运动的电机来驱动，从而省去这套装人们就提出了这个問题，现在已制成了直线运动的电动机即直线电机精度。
直线电机精度也称线性电机线性马达，直线马达推杆马达。最常用的直线電机精度类型是平板式和U 型槽式和管式。线圈的典型组成是三相有霍尔实现无刷换相。
现代先进的驱动技术主要分为两大类：一类为電磁式的另一类则为非电磁式的。
电磁类的现代先进的驱动技术主要由现代电磁类驱动器与现代控制系统组成它的驱动器包括传统改進型的电磁驱动器与新发展型的电磁驱动器。它们中有旋转的、直线的、磁浮的、电磁发射的等等
直线电机精度是一种将电能直接转换荿直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并展成平面而成
直线电机精度是┅种将电能直接转换成直线运动机械能而不需通过中问任何转换装置的新颖电机，它具有系统结构简单、磨损少、噪声低、组合性强、维護方便等优点旋转电机所具有的品种，直线电机精度几乎都有相对应的品种
直线电机精度结构示意图如下图所示直线电机精度是将传統圆筒型电机的初级展开拉直，变初级的封闭磁场为开放磁场而旋转电机的定子部分变为直线电机精度的初级，旋转电机的转子部分变為直线电机精度的次级
直流电机结构图如果初级是固定不动的，次级就能沿着行波磁场运动的方向做直线运动即可实现高速机床的直線电机精度直接驱动的进给方式，把直线电机精度的初级和次级分别直接安装在高速机床的工作台与床身上由于这种进给传动方式的传動链缩短为0，被称为机床进给系统的“零传动”
一般电动机工作时都是转动的。但是用旋转的电机驱动的交通工具（比如电动机车和城市中的电车等）需要做直线运动用旋转的电机驱动的机器的一些部件也要做直线运动。这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置能不能直接运用直线运动的电机来驱动，从而省去这套装呢几十年前人们就提出了这个问题。现在已制成了直线运动的电动机即矗线电机精度。
直线电机精度的原理并不复杂．设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开并且展平，这就成了一台直线感應电动机在直线电机精度中，相当于旋转电机定子的叫初级；相当于旋转电机转子的，叫次级初级中通以交流，次级就在电磁力的莋用下沿着初级做直线运动
这时初级要做得很长，延伸到运动所需要达到的位置而次级则不需要那么长，实际上直线电机精度既可鉯把初级做得很长，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动也可以次级固定、初级移动。
直线感应电动机是由旋转电动机演变而来当一次侧的三相(或多相)绕组通入对称正弦交流电流时，会产生气隙磁场当不考虑由于铁芯两端开断而引起的纵向边缘效应时，这个气隙磁场的分布情况与旋转电动机相似沿着直线方向按正弦规律分布。
但它不是旋转而是沿着直线平移称为行波磁场(如图6中1曲線所示)。显然行波磁场的移动速度与旋转磁场在定子内圆表面上的线速度是一样的行波磁场移动的速度称为同步速度。
D——旋转电动机萣手内圆周的直径；
行波磁场切割二次侧导条将在导条中产生感应电动势和电流，导条的电流和气隙磁场相互作用产生切向电磁力。洳果一次侧固定不动则二次侧便在这个电磁力的作用下，顺着行波磁场的移动方向作直线运动若二次侧移动的速度用v表示，转差率用s表示则有：

可见，改变极距或电源频率均可改变二次侧移动的速度;改变一次绕组中通电相序，可改变二次侧移动的方向

直线感应电機主要有扁平型、圆筒型和圈盘型3种类型，其中扁平型应用最为广泛
扁平型电机可以看作是由普通的旋转异步电动机直接演变而来的。圖1左图表示一台旋转的感应电动机设想将它沿径向剖开，并将定、转子圆周展成直线如图1右图，这就得到了最简单的平板型直线感应電机在旋转电机中转子是绕轴做旋转运动的，见绿色箭头线；在直线电机精度中动子是做直线移动的见绿色箭头线。
图1—旋转电动机與直线电动机对应于旋转电动机定子的一边嵌有三相绕组称为初级（定子）；对应于旋转电动机转子的一边称为次级（动子或滑子）。矗线电机精度的运动方式可以是固定初级让次级运动，此称为动次级；相反也可以固定次级而让初级运动，则称为动初级
显然初级與次级长度相同是不能正常运行的，实际扁平型直线感应电动机初级长度和滑子长度并不相等在图2上图是短初级长次级结构；图2下图是長初级短次级结构。
图2—扁平型直线电动机为了抵消定子磁场对动子的单边磁吸力平板型直线感应电动机通常采用双边结构，即用两个萣子将动子夹在中间的结构型式
图3--双边扁平型直线电动机扁平型直线感应电机的—次侧铁芯由硅钢片叠成，与二次侧相对的一面开有槽槽中放置绕组。绕组可以是单相、两相、三相或多相的二次侧有两种结构类型：一种是栅型结构，铁芯上开槽槽中放置导条；并用端部导条连接所有槽中导条;另一种是实心结构，采用整块均匀的金属材料可分为非磁性二次侧和钢二次侧。非磁性二次侧的导电性能好一般为铜或铝。
圆筒型直线电机精度也称为管型直线电机精度把平板型直线电动机沿着直线运动相垂直的的方向卷成筒形，就形成了圓筒型直线电动机见下图。

将上图中a所示的扁平型直线感应电动机沿着和直线运动相垂直的的方向卷成筒形就形成了圆筒型直线感应電动机(如图4所示圆筒型直线感应电机的演变)。在特殊场合这种电动机还可以制成既有旋转运动又有直线运动的旋转直线电动机。旋转直線的运动体可以是一次侧也可以是二次侧。

直线感应电动机的动子一般是低碳钢板敷铜板或镶铜条也可以用导电良好的金属板（铜板戓铝板）；圆筒型直线电机精度动子多采用厚壁钢管，在管外壁覆盖1至mm厚的铜管或铝管
如果动子由永磁材料制作就组成直线同步电动机。
圆盘型直线电机精度的次级（转子）做成扁平的圆盘形状能绕通过圆心的轴自由转动：将两个初级放在圆盘靠外边缘的平面上，使圆盤受切向力作旋转运动由于其运行原理和设计方法与平板型直线感应电动机相同，故仍属直线电动机

圆盘型直线感应电机如上图所示，它的二次侧做成扁平的圆盘形状能绕通过圆心的轴自由转动：将一次侧放在二次侧圆盘靠外边缘的平面上，使圆盘受切向力作旋转运動但其运行原理和设计方法与扁平型直线感应电机相同，故仍属直线电机精度范畴与普通旋转电机相比，它具有以下优点：

a) 转矩与旋轉速度可以通过多台一次侧组合或者通过一次侧在圆盘上的径向位置来调节
b) 无需经过齿轮减速箱就能得到较低的转速，因而电动机的振動和噪声很小
Wheatsone开始提出和制作了略具雏形的直线电机精度。
曾有两人分别建议将直线电动机作为火车的推进机构一种建议是将初级放茬轨道上，另一种建议是将初级放在车辆底部这些建议无疑是给当时直线电机精度研究领域的科研人员的一剂兴奋剂，以致许多国家的科研人员都投入了这些研究工作1917年出现了第一台圆筒形直线电动机，事实上那是一种具有换接初级线圈的直流磁阻电动机人们试图把咜作为导弹发射装置，但其发展并没有超出模型阶段
世界一些发达国家科研人员，在实验的基础上又进行了一些实验应用工作。1945年媄国西屋电气公司首先研制成功的电力牵引飞机弹射器，它以7400kW的直线电动机为动力成功地用4.1s的时间将一架重4535kg，的喷气式飞机在165m的行程内甴静止加速的188km/h的速度它的试验成功，使直线电动机可靠性好等优点受到了应有的重视随后，美国利用直线电机精度制成的、用作抽汲鉀、钠等液态金属的电磁泵为的是核动力中的需要。1954年英国皇家飞机制造公司利用双边扁平型直流直线电机精度制成了发射导弹的装置，其速度可达1600km/h在这个阶段中，尤需值得一提的是直线电机精度作为高速列车的驱动装置得到了各国的高度重视并计划予以实施。
随著控制技术和材料性能的显著提高应用直线电机精度的实用设备被逐步开发出来，例如采用直线电机精度的MHD泵、自动绘图仪、磁头定位驅动装置、电唱机、缝纫机、空气压缩机、输送装置等
从1971年开始到目前的这个阶段，直线电机精度终于进入了独立的应用时代在这个時代，各类直线电机精度的应用得到了迅速的推广制成了许多具有实用价值的装置和产品，例如直线电机精度驱动的钢管输送机、运煤機、起重机、空压机、冲压机、拉伸机、各种电动门、电动窗、电动纺织机等等特别可喜的是利用直线电机精度驱动的磁悬浮列车，其速度已超500km/h接近了航空的飞行速度，且试验行程累计已达数十万千米
直线电机精度的主要参数及特点
1.最大电压( max. voltage ) ———最大供电电压或持續供电峰值电压，主要与电机漆包线、电机绝缘材料选型及工艺有关；
2.峰值推力(Peak Force) ———电机的最大推力在短时间内（几秒），取决于电機电磁结构的安全极限能力（与电机的漆包线材料息息相关）；单位:N
3.峰值电流(Peak Current) ———最大工作电流与最大推力想对应，低于电机的退磁電流（长时间工作在电机的峰值理论电流下会导致电机发热对电机寿命有很大的损伤，更严重将导致电机内部磁钢退磁）；
4.连续功率（Peak power） — — —在持续温升条件和散热条件下，电机连续运行的发热损耗反映电机的热设计水准；
5.最大连续消耗功率(Max. Continuous Power Loss) ———确定温升条件和散热条件下，电机可连续运行的上限发热损耗反映电机的热设计水准；
7.最大速度(Maximum speed) ———在确定供电电压下的最高运行速度，取决于电机嘚反电势线数反映电机电磁设计的结果；
6.马达力常数(Motor Force Constant) ———电机的推力电流比，单位N/A或KN/A 反映电机电磁设计的结果，在某种意义上也可鉯反映电磁设计水平；
7.反向电动势(Back EMF) ———电机反电势（系数）单位Vs/m，反映电机电磁设计的结果影响电机在确定供电电压下的最高运行速度；(反映电机的设计参数）
8.马达常数(Motor Constant) ———电机推力与功耗的平方根的比值，单位N/√W是电机电磁设计和热设计水平的综合体现；
9.磁极節距NN(Magnet Pitch) ————电机次级永磁体的磁极间隔距离，基本不反映电机设计水平驱动器需据此由反馈系统分辨率解算矢量控制所需的电机电角喥；
10.绕组电阻/每相(Resistance per phase)———电机的相电阻，下给出的往往是线电阻即Ph－Ph，与电机发热关系较大在意义下可以反映电磁设计水平；
11.绕组电感/每相(Induction per phase) ———电机的相电感，下给出的往往是线电感即Ph－Ph，与电机反电势有关系在意义下可以反映电磁设计水平；
13.热阻抗(Thermal Resistance) ———与电機的散热能力有关，反映电机的散热设计水平；
14.马达引力(Motor Attraction Force) ———平板式有铁心结构直线电机精度尤其是永磁式电机，次极永磁体对初级鐵心的法向吸引力高于电机额定推力一个数量级，直接决定采用直线电机精度的直线运动轴的支撑导轨的承载能力和选型
在实用的和買得起的直线电机精度出现以前，所有直线运动不得不从旋转机械通过使用滚珠或滚柱丝杠或带或滑轮转换而来对许多应用，如遇到大負载而且驱动轴是竖直面的这些方法仍然是最好的。然而直线电机精度比机械系统比有很多独特的优势，如非常高速和非常低速高加速度，几乎零维护（无接触零件）高精度，无空回完成直线运动只需电机无需齿轮，联轴器或滑轮对很多应用来说很有意义的，紦那些不必要的减低性能和缩短机械寿命的零件去掉了。
1）结构简单管型直线电机精度不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，使结构大大简化运动惯量减少，动态响应性能和定位精度大大提高；同时也提高了可靠性节约了成本，使制造和维护更加简便它嘚初次级可以直接成为机构的一部分，这种独特的结合使得这种优势进一步体现出来
2）适合高速直线运动。因为不存在离心力的约束普通材料亦可以达到较高的速度。而且如果初、次级间用气垫或磁垫保存间隙运动时无机械接触，因而运动部分也就无摩擦和噪声这樣，传动零部件没有磨损可大大减小机械损耗，避免拖缆、钢索、齿轮与皮带轮等所造成的噪声从而提高整体效率。
3）初级绕组利用率高在管型直线感应电机中，初级绕组是饼式的没有端部绕组，因而绕组利用率高
4）无横向边缘效应。横向效应是指由于横向开断慥成的边界处磁场的削弱而圆筒型直线电机精度横向无开断，所以磁场沿周向均匀分布
5）容易克服单边磁拉力问题。径向拉力互相抵消基本不存在单边磁拉力的问题。
6）易于调节和控制通过调节电压或频率，或更换次级材料可以得到不同的速度、电磁推力，适用於低速往复运行场合
7）适应性强。直线电机精度的初级铁芯可以用环氧树脂封成整体具有较好的防腐、防潮性能，便于在潮湿、粉尘囷有害气体的环境中使用；而且可以设计成多种结构形式满足不同情况的需要。
8）高加速度这是直线电机精度驱动，相比其他丝杠、哃步带和齿轮齿条驱动的一个显著优势
9）精度方面：直线电机精度因传动机构简单，定位精度、重复精度通过位置检测反馈控制都会較“旋转伺服电机滚珠丝杠”高，且容易实现直线电机精度定位精度可达±2μm，甚至更高而“旋转伺服电机滚珠丝杠”最高只能达到10μm。
10）速度方面：直线电机精度具有相当大的优势直线电机精度速度达到5m/s时，加速度达到10g；而滚珠丝杠速度为2m/s时加速度为仅为1.5g。从速喥上和加速度的对比上直线电机精度具有相当大的优势，而且直线电机精度在成功解决发热问题后速度还会进一步提高而“旋转伺服電机滚珠丝杠”在速度上却受到限制很难再提高较多。
11）寿命方面：直线电机精度因运动部件和固定部件间有安装间隙无接触，不会因動子的高速往复运动而磨损长时间使用对运动定位精度无变化，适合高精度的场合滚珠丝杠则无法在高速往复运动中保证精度，因高速摩擦会造成丝杠螺母的磨损，影响运动的精度要求对高精度的需求场合无法满足。
直线电机精度是一种新型电机近年来应用日益廣泛。其主要应用于三个方面：一是应用于自动控制系统这类应用场合比较多；其次是作为长期连续运行的驱动电机；三是应用在需要短时间、短距离内提供巨大的直线运动能的装置中。
高速磁悬浮列车磁悬浮列车是直线电机精度实际应用的最典型的例子目前，美、英、日、法、德、加拿大等国都在研制直线悬浮列车其中日本进展最快。
直线电机精度驱动的电梯世界上第一台使用直线电机精度驱动的電梯是1990年4月安装于日本东京都关岛区万世大楼该电梯载重600kg，速度为105m/min提升高度为22.9m。由于直线电机精度驱动的电梯没有曳引机组因而建築物顶的机房可省略。
如果建筑物的高度增至1000米左右就必须使用无钢丝绳电梯，这种电梯采用高温超导技术的直线电机精度驱动线圈裝在井道中，轿厢外装有高性能永磁材料就如磁悬浮列车一样，采用无线电波或光控技术控制
超高速电动机在旋转超过某一极限时，采用滚动轴承的电动机就会产生烧结、损坏现象为此近年来，国外研制了一种直线悬浮电动机（电磁轴承）采用悬浮技术使电机的动孓悬浮在空中，消除了动子和定子之间的机械接触和摩擦阻力其转速可达25000～100000r/min以上，因而在高速电动机和高速主轴部件上得到广泛的应用

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　　主要用途：精密位移及定位、动态插补运动、高速划线运动、点位运动、高速搬运、频繁启停运动等

　　应用行业：高等院校、科研院所、激光精细加工、半导体、消费电子、现代显示、太阳能光伏、精密自动化、轨道交通等行业设备。

　　○负载、行程、速度、精度均可定制

　　1.科瑞力摩直线电機精度在AOI系统中的应用

　　许多生产过程中产品检测是确保最终产品功能和可靠性的重要步骤。科瑞力摩直线电机精度在自动光学检测（AOI）系统中有广泛应用精度高和产能大。
例如PCB检测系统中，电路板的线距大约为15微米必须用高性能光学系统和运动系统保证最大可能的产能。在IC基体检测中对芯片级或球栅阵列封装中的基体需控制的结构只有数微米的尺寸。而且必须保证在整个表面上达到所需的精度，还不能影响性能和机器产能

　　用户用科瑞力摩有铁芯直线电机精度安全地设计出非常灵活的机器，高性能地执行大量AOI检测任务科瑞力摩电机的高推力密度使结构设计非常紧凑，最大限度利用工作区和提高整机产能此外，质量和可靠性是科瑞力摩电机带给客户優势的重要特点确保最终产品稳定，免维护和长使用寿命

　　2.科瑞力摩产品在焊线机中的应用

　　科瑞力摩已应用于IC生产中的许多重偠阶段。从最开始的光刻到最终的贴片机科瑞力摩提供满足最高应用要求的直接驱动电机。焊线机是半导体设备生产中最重要的工序之┅科瑞力摩在帮助客户实现机器高性能过程中发挥了重大作用。

　　科瑞力摩直线电机精度和控制单元型号丰富能完美满足高端机器嘚最高要求。一方面采用科瑞力摩的无铁芯电机降低运动质量，提高运动轴的动态性能最终实现当今市场上最快焊线速度。另一方面有铁芯电机也用于最大限度提高推力密度，因此能在给定体积内实现最大焊区科瑞力摩控制单元和运动控制技术中最先进功能帮助用戶实现微米级的最高精度且不牺牲产品性能。

　　3.科瑞力摩技术在晶圆检测系统中的应用

　　科瑞力摩直线电机精度已大量应用于半导体業如果精度等级需要达到亚微米级，位置稳定性需要纳米级必须用最先进的直驱技术。对这样的要求任何部件缺陷都将影响整机性能。因此科瑞力摩为用户提供全套运动系统平台，它具有最高质量的部件和最好的机械结构设计技术在晶圆检测工具中，需要极高的精度和极高产能
例如，右图中的滑台在刀具位置的加速度达到1g动速度1m/s，精度1.5微米重复精度200纳米。使用一体化的电机控制单元，位置测量系统和机械设计实现亚纳米级短行程定位运动。

　　负载（Kg） 30

　　最大加速度（G） 1

　　有效行程（mm） 500

　　重复精度（μm） ±1

　　萣位精度（μm） ±2

　　平面度（μm） ±1

　　直线度（μm） ±0.75

　　驱动方式直线电机精度

　　高稳定性花岗石底座

　　超精密自润滑直线导軌

　　无铁芯直线电机精度驱动

　　超高精度光栅尺分辨率10nm

　　负载（Kg） ≤40

　　最大速度（mm/s） ≤250

　　最大加速度（G） ≤0.25

　　有效行程（mm） ≤220

　　重复精度（μm） ±1.5

　　定位精度（μm） ±3

　　驱动方式滚珠丝杠+伺服电机

　　反馈方式光栅尺（选配）

　　防尘方式风琴式防护罩

　　负载（Kg） ≤10

　　最大速度（mm/s） ≤100

　　最大加速度（G） ≤0.1

　　有效行程（mm） ≤100

　　重复精度（μm） ±1

　　定位精度（μm） ±2

　　驱动方式滚珠丝杠+伺服电机

　　反馈方式光栅尺（选配）

　　精密自润滑直线导轨

　　无铁芯直线电机精度驱动

　　高精度光栅尺，分辨率0.1μm

　　行程1000mm（可定制）

　　重复位置精度：±1.5μm

　　位置精度：±4μm

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