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在些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。
发布时间:2019-12-02 15:24:16        浏览次数:0        返回列表

直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的电力传动装置。它可以省去大量中间传动机构,加快系统反映速度,提高系统精确度,所以得到广泛的应用。
数控机床正在向精密、高速、复合、智能、环保的方向发展。精密和高速加工对传动及其控制提出了更高的要求,更高的动态特性和控制精度,更高的进给速度和加速度,更低的振动噪声和更小的磨损。问题的症结在传统的传动链从作为动力源的电动机到工作部件要通过齿轮、蜗轮副,皮带、丝杠副、联轴器、离合器等中间传动环节,在些环节中产生了较大的转动惯量、弹性变形、反向间隙、运动滞后、摩擦、振动、噪声及磨损。

随着电机及其驱动控制技术的发展,电主轴、直线电机、力矩电机的出现和技术的日益成熟,使主轴、直线和旋转坐标运动的“直接传动”概念变为现实,并日益显示其巨大的优越性。直线电机及其驱动控制技术在机床进给驱动上的应用,使机床的传动结构出现了重大变化,并使机床性能有了新的飞跃。

 
一、直线电机进给驱动的主要优点:
 
(1)进给速度范围宽。可从1(1)m/s到20m/min以上,目前加工中心的快进速度已达208m/min,而传统机床快进速度<60m/min,一般为20~30m/min。
 
(2)速度特性好。速度偏差可达(1)0.01%以下。
 
(3)加速度大。直线电机--加速度可达30g,目前加工中心的进给加速度已达3.24g,激光加工机的进给加速度已达5g,而传统机床进给加速度在1g以下,一般为0.3g。
 
(4)定位精度高。采用光栅闭环控制,定位精度可达0.1~0.01(1)mm。应用前馈控制的直线电机驱动系统可减少跟踪误差200倍以上。由于运动部件的动态特性好,响应灵敏,加上插补控制的精细化,可实现纳米级控制。
 
(5)行程不受限制。传统的丝杠传动受丝杠制造工艺限制,一般4~6m,更的行程需要接长丝杠,无论从制造工艺还是在性能上都不理想。而采用直线电机驱动,定子可无限加长,且制造工艺简单,已有大型高速加工中心X轴长达40m以上。
 
(6)结构简单、运动平稳、噪声小,运动部件摩擦小、磨损小、使用寿命长、安全可靠。

 
二、直线电机及其驱动控制技术的进展表现在以下方面:
 
(1)性能不断提高(如推力、速度、加速度、分辨率等);
 
(2)体积减小,温升降低;
 
(3)品种覆盖面广,可满足不同类型机床的要求;
 
(4)成本大幅度下降;
 
(5)安装和防护简便;
 
(6)可靠性好;
 
(7)包括数控系统在内的配套技术日趋完善;
 
(8)商品化程度高。
 

关于永磁电机的那些事儿,你知道多少?

永磁电机设计中应深入研究的问题:



1、永磁材料利用率

永磁电机中,永磁材料成本占电机总成本的比例较大,因此如何节省材料,提高材料利用率是永磁电机生产厂家最关心的问题之一。理论上讲,永磁体的--磁能积点表示磁体能对外提供的能量--,且从去磁曲线上也能求得该--工作点。但实际应用中绝非如此简单. 要具体研究电机的使用场合,分析电机应完成的预定功能,找出其对应的重点指标,以此来决定电机工作点选择的--位置,并合理确定永磁体的形状及体积,同时还必须考虑其加工工艺的影响。在综合考虑各种因素后达到电机在功能、性能、成本等各方面的--设计。

2、过载与退磁

磁性材料的退磁包括温度退磁、时间退磁和环境退磁等。又分可逆退磁和不可逆退磁两类。深入研究永磁材料矫顽力和内禀矫顽力与稳定工作温度的关系;温度系数对电机性能指标的影响程度以及退磁安全系数;基于磁性能变化引出的电机--工作温度的定义;可逆退磁和不可逆退磁在电机使用温度范围内所占比例以及对电机性能产生的影响;永磁材料退磁后的再充磁及重复利用等等问题是很有必要的。

3、分析与设计

现代永磁电机的理论与设计已比较成熟,不仅有众多的以磁路分析计算为主的设计程序和方法,永磁磁场的数值分析法也已普遍使用于工程实践中。但由于在永磁电机中,永磁体即作场激励源或磁路的磁源,又是磁场和磁路的组成部分, 同时永磁材料制造工艺、形状尺寸、充磁工具、充磁方法等都会使永磁材料一致性和均匀性不理想,有时分散性较大, 甚至同一牌号同一批次的永磁材料的性能数据都可能有较大的差异。因而永磁体分散性也给永磁电机的设计分析及永磁磁场的数值计算带来了一定困难,设计的准确性会受到影响。比如在场的理论和数值分析中永磁模型建立与等值问题;在工程磁路计算中的漏磁系数、局部退磁和电枢反应准确计算等诸多问题,都较电励磁电机分析计算的误差要大。

4、充磁与测磁

永磁电机设计是建立在永磁材料饱和磁化的基础上的。那么,用在电机上的磁体是否已被充分磁化饱和,若是永磁体是由磁性材料生产厂充磁并带磁供货,一般不存在问题, 但如果是在电机上整体充磁时,如何保证永磁体被充分磁化,如何在饱和磁化同时还能保持磁性能的均匀性和一致性等问题值得研究。

同样,针对磁性能检测问题,也还有较多值得研究的问题。如带磁供货的磁体在电机制造厂如何对其进行有效的简便易行而又相对准确的入厂检测,而现在多数电机厂家无法在零部件阶段对永磁材料磁性能进行有效测量,往往只有到整机性能检测不合格时才能发现磁性材料有问题。

5、抗腐蚀性

钕铁硼材料的易腐蚀问题对电机的质量影响较大,而目前它的表面防护问题在国内未得到很好的解决,其采用的电镀等办法常出现表面镀层脱落使电机出现故障的现象。同时耐受特殊环境条件(如潮湿、盐雾及特殊气体等)的能力有限,影响了电机对特殊环境条件的适应能力。希望永磁材料在表面防护能力方面有更进一步的提高。



6、磁性能稳定性、均匀性、一致性

为保证电机性能在其寿命周期内不发生较大变化,特别是一些有特殊要求的军用电机,其可靠工作寿命要求长达 15 年以上,希望永磁材料的磁性能保持长期稳定。

电机特别是高精度电机对永磁材料磁性能均匀性及一致性要求较高。磁性能不均匀将导致电机磁场不均匀,转矩波动增大, 发电机的输出电压纹波增大,线性度变差, 控制电机的精度指标降低等。另外,同一牌号的永磁材料在不同批次时的磁性能不一致,有时会导致电机成批不合格。因此,高精度电机要求永磁材料磁性能一致性能满足误差在 5%以内,均匀性误差在 3%以内。

7、加工工艺

永磁电机在制造过程中还有较多的加工工艺问题值得研究。比如粘接过程中的工艺参数如何掌握,是否会对磁性能产生影响。机加工过程中的冲击、振动和加工环境是否对磁性能产生影响,带磁零部件在工艺周转过程中以及在装配工序中如何采取保护措施等。

永磁电机中的永磁体多采用带磁供货,这样虽然减轻了电机生产厂充磁的难度,但却大大增加了制造工艺难度. 如永磁无刷直流电机及永磁同步电机等常采用多极多块磁体直接粘在转子表面的表面贴装结构。多使用高性能的烧结钕铁硼,其粘接工艺较复杂且操作困难,当其转速较高时还会造成粘接可靠性不理想。如能将烧结磁体做成径向结晶充磁的多极环形结构,将大大简化电机转子的制造工艺。目前粘接磁体可以做到,但磁性能不高。如烧结磁体能实现并能批量供货且价格不高(有报道已有厂家在开展此项研究),将很有发展前途。
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